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Die vorliegende Erfindung betrifft einen ferritischen Stahl, ein Verfahren zu dessen Herstellung, Verwendungen davon sowie eine damit ausgestattete Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Es sind viele unterschiedliche Stähle für unterschiedlichste Anwendungen bekannt.
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Für Anwendungen bei hohen Temperaturen, insbesondere von 400 °C bis 700 °C, und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, zum Beispiel für eine Anwendung in metallischen Komponenten von Festoxidbrennstoffzellen (SOFC; Englisch: Solide Oxide Fuel Cell) und/oder in Heizkesseln, wird jedoch weiterhin nach dafür geeigneten Stählen geforscht.
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Die Druckschrift 10 2006 007 598 A1 betrifft einen ferritischen Stahl für den Einsatz in Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Betriebstemperaturen zwischen 600 °C und 1000 °C.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein ferritischer Stahl, welcher eine Laves-Phase ausbildet und zusätzlich zu Eisen, das gegebenenfalls mit den in den folgenden Absätzen weiter genannten Elementen den weiteren Bestandteil bzw. die weiteren Bestandteile bildet, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls,
- - ≥ 16,0 Gew.-% bis ≤ 19,0 Gew.-% an Chrom,
- - ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-% an Niob,
- - > 0,1 Gew.-% bis ≤ 0,6 Gew.-% an Titan,
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Silicium und
- - > 0,2 Gew.-% bis ≤ 4,0 Gew.-% an Aluminium
umfasst. Darüber hinaus kann der Stahl optional weitere, im Rahmen der Ausführungsformen erläuterte Elemente sowie weitere, in der Stahlherstellung nicht vermeidbare Elemente und/oder übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen umfassen.
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Unter einer Laves-Phase kann insbesondere eine intermetallische Phase verstanden werden, welche eine hexagonale C14- oder C36-Struktur oder eine kubische C15-Struktur umfasst. Das Vorhandensein einer Laves-Phase kann beispielsweise an einem Schliff, zum Beispiel mittels einer Röntgenanalyse und/oder mittels Rasterelektronenmikroskopie, nachgewiesen werden.
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Der erfindungsgemäße Stahl zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass dieser in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft in diesem Temperaturbereich, eine hohe Kriechbeständigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere eine hohe Oxidationsbeständigkeit, und insbesondere auch eine hohe Wasserstoffbeständigkeit aufweist sowie über eine gute Schweißbarkeit verfügt und zudem kostengünstig und beispielsweise für Hochtemperatur-Anwendungen, zum Beispiel in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C, beispielsweise in Komponenten von Brennstoffzellen, zum Beispiel Festoxidbrennstoffzellen (SOFC), einsetzbar ist.
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Durch den erfindungsgemäßen Niob- und Titan-Gehalt kann vorteilhafterweise die Ausbildung der Laves-Phase induziert und durch die Laves-Phase ein Netwerk über Korngrenzen ausgebildet werden, wodurch vorteilhafterweise die mechanische Stabilität und insbesondere die Kriechbeständigkeit erhöht werden kann. Zudem kann durch das Niob und Titan Kohlenstoff in Form von Carbiden abgebunden werden, wodurch vorteilhafterweise zum einen die Schweißbarkeit erhöht und zum anderen eine unerwünschte Ausbildung von Chrom-Carbiden an den Korngrenzen vermieden werden kann. Durch die Vermeidung einer unerwünschten Ausbildung von Chrom-Carbiden kann wiederum vorteilhafterweise zum einen die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, erhöht und zum Anderen auch eine Versprödung vermieden werden, was sich wiederum vorteilhaft auf die mechanische Stabilität auswirken kann.
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Durch den erfindungsgemäßen Silicium-Gehalt kann vorteilhafterweise die Bildung der Laves-Phase gefördert und somit deren Volumenanteil erhöht werden, wodurch vorteilhafterweise die mechanische Stabilität und insbesondere die Kriechbeständigkeit weiter erhöht werden kann.
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Durch den erfindungsgemäßem Chrom- und Aluminium-Gehalt kann vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise eine chrom- und aluminiumoxidhaltige Korrosions-/Oxidations-Schutzschicht, beispielsweise in Form einer Mischung verschiedener Oxide, ausgebildet werden, wodurch wiederum vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, erhöht und vorteilhafterweise insbesondere auch eine hohe Wasserstoffbeständigkeit erzielt werden kann. Dabei kann die (Oxid- )Schutzschicht vorteilhafterweise, insbesondere durch das Aluminium, als Diffusionsbarriere gegen Wasserstoff dienen und sowohl eine mögliche Wasserstoffversprödung als auch eine beschleunigte Korrosion, welche durch Wasserstoff in Stahl, zum Beispiel im Rahmen einer so genannten Dual Atmosphere Corrosion bei Brennstoffzellen, verursacht werden können, effektiv verhindern. Dabei können sowohl die Materialkosten für Chrom und Aluminium als auch Herstellungskosten, beispielsweise durch eine Vermeidung einer zusätzlich aufgebrachten Schutzschicht, gering gehalten werden. Zudem kann durch den erfindungsgemäßen Aluminiumgehalt eine Abplatzung der Schutzschicht vermieden und die Schweißbarkeit des Stahls nicht beeinträchtigt werden. Der erfindungsgemäße Chrom- und Aluminium-Gehalt ermöglicht es zudem vorteilhafterweise, dass sich die Schutzschicht beim Schweißen des Stahls auflöst, so dass über die Schweißverbindung eine hohe elektrische Leitfähigkeit erzielen werden kann. Durch den erfindungsgemäßen Chrom-Gehalt kann zudem eine bei Stählen mit höherem Chromgehalt bei hohen Temperaturen auftretende Versprödung vermieden werden, was sich wiederum ebenfalls vorteilhaft auf die mechanische Stabilität auswirken kann.
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Beispielsweise kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,2 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-%, insbesondere > 0,2 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-%, zum Beispiel > 0,2 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, an Aluminium umfassen. Zum Beispiel kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,2 Gew.- % bis < 4,0 Gew.-%, insbesondere > 0,2 Gew.-% bis < 3,0 Gew.-%, beispielsweise > 0,2 Gew.-% bis < 2,0 Gew.-%, zum Beispiel > 0,2 Gew.-% bis < 1,5 Gew.-%, an Aluminium umfassen.
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Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 4,0 Gew.-%, insbesondere ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-%, zum Beispiel ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, an Aluminium. Zum Beispiel kann dabei der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,5 Gew.-% bis < 4,0 Gew.-%, insbesondere ≥ 0,5 Gew.-% bis < 3,0 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,5 Gew.-% bis < 2,0 Gew.-%, zum Beispiel ≥ 0,5 Gew.-% bis < 1,5 Gew.-%, an Aluminium umfassen. Beispielsweise kann dabei der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,5 Gew.-% bis < 4,0 Gew.-%, insbesondere > 0,5 Gew.-% bis < 3,0 Gew.-%, beispielsweise > 0,5 Gew.-% bis < 2,0 Gew.-%, zum Beispiel > 0,5 Gew.-% bis < 1,5 Gew.-%, an Aluminium umfassen. So kann vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, und insbesondere auch eine hohe Wasserstoffbeständigkeit in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, sowie eine gute Schweißbarkeit und auch eine Ausbildung einer Schweißverbindung mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit erzielt werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-% an Silicium. Insbesondere kann der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,2 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, an Silicium umfassen. So kann vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise ein hoher Volumenanteil an Laves-Phase gefördert und somit die Kriech- und Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden.
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Zum Beispiel kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,1 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% oder ≤ 1,5 Gew.-%, beispielsweise > 0,1 Gew.-% bis < 2,0 Gew.-% oder < 1,5 Gew.-%, an Silicium umfassen. Beispielsweise kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,2 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, zum Beispiel > 0,2 Gew.-% bis < 1,0 Gew.-%, an Silicium umfassen. Zum Beispiel kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, beispielsweise > 0,3 Gew.-% bis < 1,0 Gew.-%, an Silicium umfassen.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Niob. So kann vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise die Kriechbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, sowie die Schweißbarkeit und auch die Ausbildung einer Schweißverbindung mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit weiter verbessert werden.
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Zum Beispiel kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, beispielsweise > 0,3 Gew.-% bis < 1,0 Gew.-%, an Niob umfassen.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Mangan. Insbesondere kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, ≥ 0,2 Gew.-% bis ≤ 0,8 Gew.-% an Mangan umfassen. So kann vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, erzielt werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, < 0,1 Gew.-% an Kohlenstoff. Insbesondere kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, < 0,05 Gew.-% an Kohlenstoff umfassen.
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Weiterhin kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, beispielsweise
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Cer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 5,0 Gew.-% an Molybdän und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-% an Wolfram und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Tantal und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Kupfer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Cobalt und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Hafnium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Lanthan und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Scandium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Yttrium
umfassen. Darüber hinaus kann der Stahl weitere, in der Stahlherstellung nicht vermeidbare Elemente und/oder übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen umfassen.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 0,1 Gew.-% an Cer. Durch eine derartig geringen Zusatz von Cer kann vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 5,0 Gew.-% an Molybdän. Durch eine derartig geringen Zusatz von Molybdän kann vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-% an Wolfram. Durch den Zusatz eines derartigen Wolfram-Gehalts kann vorteilhafterweise die Ausbildung der Laves-Phase und auf diese Weise die mechanische Stabilität und insbesondere die Kriechbeständigkeit weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Tantal. Durch den Zusatz eines derartigen Tantal-Gehalts kann vorteilhafterweise die Ausbildung der Laves-Phase und auf diese Weise die mechanische Stabilität und insbesondere die Kriechbeständigkeit weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Kupfer. Durch den Zusatz eines derartigen Kupfer-Gehalts kann vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, sowie die Chromverdampfung in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Cobalt. Durch den Zusatz eines derartigen Cobalt-Gehalts kann vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, sowie die Chromverdampfung in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, weiter verbessert werden
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Hafnium. Durch den Zusatz eines derartigen Hafnium-Gehalts kann vorteilhafterweise die Ausbildung der Laves-Phase und auf diese Weise die mechanische Stabilität und insbesondere die Kriechbeständigkeit weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Lanthan. Durch den Zusatz eines derartigen Lanthan-Gehalts kann vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, weiter verbessert werden
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Scandium. Durch den Zusatz eines derartigen Scandium-Gehalts kann vorteilhafterweise die Ausbildung der Laves-Phase und auf diese Weise die mechanische Stabilität und insbesondere die Kriechbeständigkeit weiter verbessert werden.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Stahl weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, > 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Yttrium. Durch den Zusatz eines derartigen Yttrium-Gehalts kann vorteilhafterweise die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Oxidationsbeständigkeit, in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C und unter hochoxidativen Bedingungen, beispielsweise in feuchter Luft, weiter verbessert werden
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Zum Beispiel kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls,
- - ≥ 16,0 Gew.-% bis ≤ 19,0 Gew.-% an Chrom,
- - ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.- %, an Niob,
- - > 0,1 Gew.-% bis ≤ 0,6 Gew.-% an Titan,
- - ≥ 0, 1 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-%, beispielsweise ≥0,1 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.- %, zum Beispiel ≥ 0,2 Gew.-% oder ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, an Silicium und
- - > 0,2 Gew.-% bis ≤ 4,0 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,5 Gew.-% bis < 2,0 Gew.- %, zum Beispiel ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, an Aluminium, insbesondere mit
- - < 0,10 Gew.-%, insbesondere < 0,05 Gew.-%, an Kohlenstoff, und optional mit
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, insbesondere ≥ 0,2 Gew.-% bis ≤ 0,8 Gew.- %, an Mangan, und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Cer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 5,0 Gew.-% an Molybdän und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-% an Wolfram und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Tantal und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Kupfer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Cobalt und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Hafnium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Lanthan und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Scandium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Yttrium
umfassen, wobei der Rest Eisen und beispielsweise weitere, in der Stahlherstellung nicht vermeidbare Elemente und/oder übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, zum Beispiel Phosphor und/oder Schwefel und/oder Stickstoff und/oder Nickel und/oder Vanadium, ist beziehungsweise sind.
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Zum Beispiel kann der Stahl, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls, aus
- - ≥ 16,0 Gew.-% bis ≤ 19,0 Gew.-% an Chrom,
- - ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.- %, an Niob,
- - > 0,1 Gew.-% bis ≤ 0,6 Gew.-% an Titan,
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-%, beispielsweise ≥0,1 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.- %, zum Beispiel ≥ 0,2 Gew.-% oder ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, an Silicium und
- - > 0,2 Gew.-% bis ≤ 4,0 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,5 Gew.-% bis < 2,0 Gew.- %, zum Beispiel ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, an Aluminium, insbesondere mit
- - < 0,10 Gew.-%, insbesondere < 0,05 Gew.-%, an Kohlenstoff, und optional mit
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, insbesondere ≥ 0,2 Gew.-% bis ≤ 0,8 Gew.- %, an Mangan, und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Cer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 5,0 Gew.-% an Molybdän und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-% an Wolfram und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Tantal und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Kupfer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Cobalt und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Hafnium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Lanthan und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Scandium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Yttrium, und
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Rest Eisen und beispielsweise weiteren, in der Stahlherstellung nicht vermeidbaren Elementen und/oder üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, zum Beispiel Phosphor und/oder Schwefel und/oder Stickstoff und/oder Nickel und/oder Vanadium, ausgebildet sein.
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Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist der Stahl bei einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 800 °C bis ≤ 1000 °C, beispielsweise ≥ 1 h bis ≤ 5 h, unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre, zum Beispiel unter Luft, wärmebehandelt. So kann die Korrosionsbeständigkeit vorteilhafterweise weiter verbessert werden. Bei einer derartigen Wärmebehandlung kann sich eine Aluminiumoxid-Schicht beziehungsweise eine Aluminiumoxid-haltige Schicht, beispielsweise bis zu einigen Mikrometern, ausbilden.
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Bei dem Stahl können zum Beispiel Eisen und beispielsweise weitere, in der Stahlherstellung nicht vermeidbare Elemente und/oder übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, zum Beispiel Phosphor und/oder Schwefel und/oder Stickstoff und/oder Nickel und/oder Vanadium, den Rest, insbesondere den restlichen Gewichtsprozentanteil, ausmachen.
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Der Stahl kann beispielsweise für eine Hochtemperatur-Anwendung, insbesondere in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C, beispielsweise für eine Anwendung in einer Brennstoffzelle, zum Beispiel in einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), und/oder in einem derartigen Brennstoffzellensystem und/oder in einem Ofen, zum Beispiel in einem industriellen Ofen und/oder Induktionsofen, und/oder in einem Ausrüstungsteil eines Ofens und/oder in einer Heizung und/oder in einem Gebläse und/oder in einem Abgassystem und/oder in einem Wärmetauscher und/oder in einem Lager, beispielsweise in einem Wälzlager, und/oder in einem Kraftwerk ausgelegt sein beziehungsweise verwendet werden.
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Zum Beispiel kann der Stahl als Rohr und/oder als Gasleitung und/oder als elektrische Leitung und/oder als Raum, beispielsweise als Behälter, zum Beispiel als Gasraum und/oder als Kessel, zum Beispiel als Heizkessel, und/oder als Gehäuse und/oder als Abstandshalter (Englisch: Spacer) und/oder als Draht und/oder als Drahtgeflecht und/oder als Band und/oder als Folie verwendet werden.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Stahls wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stahls, insbesondere eines erfindungsgemäßen Stahls, in dem Eisen und
- - ≥ 16,0 Gew.-% bis ≤ 19,0 Gew.-% an Chrom,
- - ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.- %, an Niob,
- - > 0,1 Gew.-% bis ≤ 0,6 Gew.-% an Titan,
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-%, beispielsweise ≥0,1 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.- %, zum Beispiel ≥ 0,2 Gew.-% oder ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, an Silicium und
- - > 0,2 Gew.-% bis ≤ 4,0 Gew.-%, beispielsweise ≥ 0,5 Gew.-% bis < 2,0 Gew.- %, zum Beispiel ≥ 0,5 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-%, an Aluminium, insbesondere mit
- - < 0,1 Gew.-%, insbesondere < 0,05 Gew.-%, an Kohlenstoff, und optional mit
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-%, insbesondere ≥ 0,2 Gew.-% bis ≤ 0,8 Gew.- %, an Mangan, und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Cer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 5,0 Gew.-% an Molybdän und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-% an Wolfram und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Tantal und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Kupfer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Cobalt und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Hafnium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Lanthan und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Scandium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Yttrium
geschmolzen werden.
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Im Rahmen einer Ausführungsform wird der ausgebildete Stahl danach bei einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 800 °C bis ≤ 1000 °C, beispielsweise ≥ 1 h bis ≤ 5 h, unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre, zum Beispiel Luft, wärmebehandelt.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stahl, der erfindungsgemäßen Verwendung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen und/oder erfindungsgemäß hergestellten Stahls, insbesondere als Rohr und/oder als Gasleitung und/oder als elektrische Leitung und/oder als Raum, beispielsweise als Behälter, zum Beispiel als Gasraum und/oder als Kessel, zum Beispiel als Heizkessel, und/oder als Gehäuse und/oder als Abstandshalter (Englisch: Spacer) und/oder als Draht und/oder als Drahtgeflecht und/oder als Band und/oder als Folie, und/oder für einen Einsatz in einer Hochtemperatur-Anwendung, insbesondere in einem Temperaturbereich von ≥ 400 °C bis ≤ 700 °C, beispielsweise in einer Brennstoffzelle, zum Beispiel in einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), und/oder in einem Brennstoffzellensystem, zum Beispiel in einem Festoxidbrennstoffzellensystem, und/oder in einem Ofen, zum Beispiel in einem industriellen Ofen und/oder Induktionsofen, und/oder in einem Ausrüstungsteil eines Ofens und/oder in einer Heizung und/oder in einem Gebläse und/oder in einem Abgassystem und/oder in einem Wärmetauscher und/oder in einem Lager, beispielsweise in einem Wälzlager, und/oder in einem Kraftwerk.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stahl, dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche mindestens eine, insbesondere metallische, Komponente umfasst, welche aus einem erfindungsgemäßen und/oder erfindungsgemäß hergestellten Stahl ausgebildet ist.
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Im Rahmen einer Ausführungsform ist die mindestens eine Komponente verschweißt. Aufgrund der Materialeigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls kann die Schweißverbindung vorteilhafterweise eine hohe mechanische Stabilität und insbesondere auch elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
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Die mindestens eine Komponente kann zum Beispiel ein Rohr und/oder eine Gasleitung und/oder eine elektrische Leitung und/oder ein Raum, beispielsweise ein Behälter, zum Beispiel ein Gasraum und/oder Kessel, zum Beispiel ein Heizkessel, und/oder ein Gehäuse und/oder ein Abstandshalter (Englisch: Spacer) und/oder ein Draht und/oder ein Drahtgeflecht und/oder ein Band und/oder eine Folie, beispielsweise einer Brennstoffzelle, zum Beispiel einer Festkörperbrennstoffzelle (SOFC), und/oder eines Brennstoffzellensystems, zum Beispiel eines Festkörperbrennstoffzellensystems, und/oder eines Ofens, zum Beispiel eines industriellen Ofens und/oder Induktionsofens, und/oder einer Ausrüstungsteil eines Ofens und/oder einer Heizung und/oder eines Gebläses und/oder eines Abgassystems und/oder eins Wärmetauschers und/oder eines Lagers, beispielsweise Wälzlagers, und/oder eines Kraftwerks sein.
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Die Vorrichtung kann zum Beispiel eine Brennstoffzelle, beispielsweise eine Festkörperbrennstoffzelle (SOFC), und/oder ein Brennstoffzellensystem, beispielsweise eine Festkörperbrennstoffzellensystem, und/oder ein Ofen, zum Beispiel ein industrieller Ofen und/oder Induktionsofen, und/oder ein Ausrüstungsteil eines Ofens und/oder eine Heizung und/oder ein Gebläse und/oder ein Abgassystem und/oder ein Wärmetauscher und/oder ein Lager, beispielsweise Wälzlager, und/oder ein Kraftwerk sein.
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Der erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte Stahl kann beispielsweise chemischer Analyse und/oder Mikrostrukturanalyse, zum Beispiel an einem Schliff, beispielsweise mittels Röntgenanalyse und/oder mittels Rasterelektronenmikroskopie, nachgewiesen werden.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stahl, dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Verwendung sowie auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Ausführungsbeispiel
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Mittels einer Computersimulation mit dem Programm Thermocalc wurden Stahlzusammensetzungen mit
- - ≥ 16,0 Gew.-% bis ≤ 19,0 Gew.-% an Chrom,
- - ≥ 0,3 Gew.-% bis ≤ 1,5 Gew.-% an Niob,
- - > 0,1 Gew.-% bis ≤ 0,6 Gew.-% an Titan,
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Silicium und
- - > 0,2 Gew.-% bis ≤ 4,0 Gew.-% an Aluminium
insbesondere mit < 0,10 Gew.-% an Kohlenstoff und
optional
- - ≥ 0,1 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Mangan und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Cer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 5,0 Gew.-% an Molybdän und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 3,0 Gew.-% an Wolfram und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Tantal und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Kupfer und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 2,0 Gew.-% an Cobalt und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Hafnium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Lanthan und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Scandium und/oder
- - ≥ 0,0 Gew.-% bis ≤ 1,0 Gew.-% an Yttrium, sowie
dem Rest Eisen und weiteren, in der Stahlherstellung nicht vermeidbaren Elementen und/oder üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen ausgebildet untersucht.
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Die Computersimulation zeigte, dass sich keine unerwünschten Phasen/Ausscheidungen bilden, wodurch sich sowohl eine ausreichende Menge an Laves-Phase als auch an Aluminiumoxid ausbilden kann, wobei insbesondere auch eine Ausbildung einer unerwünschten, zur Versprödung neigenden Sigma-Phase im Temperaturbereich < 700 °C minimiert werden kann.