DE102022105659A1 - Process for producing a welded component from a nickel-chromium-aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit ein oder mehreren Schweißnähten und/oder zum Einbau eines Bauteils in eine Anlage mit ein oder mehreren Schweißnähten, die aus einer Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung bestehen, mit (in Masse-%) größer 18 bis 33 % Chrom, 1,8 bis 4,0 % Aluminium, 0,01 bis 7,0 % Eisen, 0,001 bis 0,50 % Silizium, 0,001 bis 2,0 % Mangan, 0,00 bis 0,60 % Titan, jeweils 0,0 bis 0,05 % Magnesium und/oder Kalzium, 0,005 bis 0,12 % Kohlenstoff, 0,0005 bis 0,050 % Stickstoff, 0,0001 - 0,020 % Sauerstoff, 0,001 bis 0,030 % Phosphor, max. 0,010 % Schwefel, max. 2,0 % Molybdän, max. 2,0 % Wolfram, Rest Nickel größer gleich 50 % und den üblichen verfahrensbedingten Verunreinigungen, wobei das Bauteil teilweise oder ganz aus Halbzeugen dieser Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung besteht, und nach dem Schweißen nur die Schweißnähte aus dieser Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung und die, die Schweißnähte umgebenden Wärmeeinflusszonen zur Homogenisierung der Schweißnähte und/oder zur Verringerung von Spannungen einer Glühung zwischen größer 980 und 1250°C für Zeiten von 0,05 Minuten bis zu 24 Stunden unterworfen werden, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft, mit der Folge, dass durch diese Glühung die Kriechfestigkeit und die Kriechduktilität der Schweißnähte verbessert wird, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sein müssen:Cr+Al≥28und Fp≤39,9 mit Fp=Cr+0,272*Fe+2,36*Al+2,22*Si+2,48*Ti+0,374*Mo+0,538*W−11,8*Cwobei Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W und C die Konzentrationen der betreffenden Elemente in Masse-% sind.Method for producing a component with one or more weld seams and/or for installing a component in a system with one or more weld seams, which consist of a nickel-chromium-aluminum alloy with (in mass%) greater than 18 to 33% Chromium, 1.8 to 4.0% aluminum, 0.01 to 7.0% iron, 0.001 to 0.50% silicon, 0.001 to 2.0% manganese, 0.00 to 0.60% titanium, 0 each .0 to 0.05% magnesium and/or calcium, 0.005 to 0.12% carbon, 0.0005 to 0.050% nitrogen, 0.0001 - 0.020% oxygen, 0.001 to 0.030% phosphorus, max. 0.010% sulfur, max 2.0% molybdenum, max. 2.0% tungsten, remainder nickel greater than or equal to 50% and the usual process-related impurities, whereby the component consists partly or entirely of semi-finished products of this wrought nickel-chromium-aluminum alloy, and only after welding the weld seams made of this wrought nickel-chromium-aluminum alloy and the heat-affected zones surrounding the weld seams are subjected to annealing between greater than 980 and 1250 ° C for times of 0.05 minutes to 24 hours to homogenize the weld seams and / or to reduce stresses followed by cooling in static shielding gas or air, moving (blown) shielding gas or air, with the result that this annealing improves the creep strength and creep ductility of the weld seams, whereby the following relationships must be satisfied: Cr+Al≥ 28and Fp≤39.9 with Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*Cwhere Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W and C are the concentrations of the relevant elements in mass%.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit Schweißnähten versehenen Bauteils aus einer Nickel-Chrom-Aluminium Knetlegierung mit hervorragender Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, guter Kriechbeständigkeit und guter Verarbeitbarkeit.The invention relates to a method for producing a component provided with weld seams from a nickel-chromium-aluminum wrought alloy with excellent high-temperature corrosion resistance, good creep resistance and good processability.
Austenitische Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierungen mit unterschiedlichen Nickel-, Chrom- und Aluminiumgehalten werden seit langem im Ofenbau und in der chemischen und petrochemischen Industrie eingesetzt. Für diesen Einsatz ist eine gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, auch in aufkohlenden, „Metal Dusting“ erzeugenden Atmosphären und eine gute Warmfestigkeit / Kriechbeständigkeit erforderlich.Austenitic nickel-chromium-aluminum wrought alloys with different nickel, chromium and aluminum contents have long been used in furnace construction and in the chemical and petrochemical industries. For this use, good high-temperature corrosion resistance, even in carburizing atmospheres that produce metal dusting, and good high-temperature strength/creep resistance are required.
Generell ist zu bemerken, dass die Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit der in Tabelle 1 angegebenen Legierungen mit zunehmendem Chromgehalt steigt. Alle diese Legierungen bilden eine Chromoxidschicht (Cr2O3) mit einer darunter liegenden, mehr oder weniger geschlossenen, Aluminiumoxidschicht (Al2O3) bei den entsprechenden Aluminiumgehalten. Geringe Zugaben von stark Sauerstoff affinen Elementen wie z.B. Yttrium oder Cer verbessern die Oxidationsbeständigkeit. Der Chromgehalt wird im Verlauf des Einsatzes im Anwendungsbereich zum Aufbau der schützenden Schicht langsam verbraucht. Deshalb wird durch einen höheren Chromgehalt die Lebensdauer des Werkstoffs erhöht, da ein höherer Gehalt des die Schutzschicht bildenden Elementes Chrom den Zeitpunkt hinauszögert, an dem der Chromgehalt unter der kritischen Grenze ist und sich andere Oxide als reine Chromoxide (Cr2O3) bilden, was z.B. eisen- und nickelhaltige Oxide sein können. Eine weitere Steigerung der Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit lässt sich durch Zugaben von Aluminium und Silizium erreichen. Ab einem gewissen Mindestgehalt bilden diese Elemente eine geschlossene Schicht unterhalb der Chromoxidschicht und verringern so den Verbrauch an Chrom.In general, it should be noted that the high-temperature corrosion resistance of the alloys listed in Table 1 increases with increasing chromium content. All of these alloys form a chromium oxide layer (Cr 2 O 3 ) with an underlying, more or less closed, aluminum oxide layer (Al 2 O 3 ) with the corresponding aluminum contents. Small additions of elements with a strong affinity for oxygen, such as yttrium or cerium, improve the oxidation resistance. The chromium content is slowly consumed over the course of use in the area of application to build up the protective layer. Therefore, a higher chromium content increases the service life of the material, since a higher content of the element chromium, which forms the protective layer, delays the point in time at which the chromium content is below the critical limit and oxides other than pure chromium oxides (Cr 2 O 3 ) are formed, which can be oxides containing iron and nickel, for example. A further increase in high-temperature corrosion resistance can be achieved by adding aluminum and silicon. Above a certain minimum content, these elements form a closed layer beneath the chromium oxide layer and thus reduce the consumption of chromium.
Bei aufkohlenden Atmosphären (CO, H2, CH4, CO2, H2O Gemische mit ggf. weiteren verfahrensbedingten nicht oxidierenden Anteilen) kann Kohlenstoff in das Material eindringen, so dass es zur Bildung innerer Karbide kommen kann. Diese bewirken einen Verlust an Kerbschlagzähigkeit. Auch kann der Schmelzpunkt auf sehr niedrige Werte (bis zu 350°C) sinken und es kann zu Umwandlungsvorgängen durch Chromverarmung der Matrix kommen.In carburizing atmospheres (CO, H 2 , CH 4 , CO 2 , H 2 O mixtures with possibly other process-related non-oxidizing components), carbon can penetrate into the material, so that internal carbides can form. These cause a loss of notched impact strength. The melting point can also drop to very low values (up to 350°C) and conversion processes can occur due to chromium depletion of the matrix.
Eine hohe Beständigkeit gegen Aufkohlung wird durch Werkstoffe mit geringer Löslichkeit für Kohlenstoff und geringer Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs erreicht. Nickellegierungen sind deshalb generell beständiger gegen Aufkohlung als Eisenlegierungen, da sowohl die Kohlenstoffdiffusion als auch die Kohlenstofflöslichkeit in Nickel geringer sind als in Eisen. Eine Erhöhung des Chromgehaltes bewirkt eine höhere Aufkohlungsbeständigkeit durch Bildung einer schützenden Chromoxidschicht, es sei denn, dass der Sauerstoffpartialdruck im Gas zur Bildung dieser schützenden Chromoxidschicht zu niedrig ist. Bei sehr geringen Sauerstoffpartialdrücken können Silizium- oder Aluminiumhaltige Werkstoffe eingesetzt werden, die eine Schicht aus Siliziumoxid bzw. des noch stabileren Aluminiumoxids bilden, welche sich bei noch deutlich geringeren Sauerstoffpartialdrücken bilden im Vergleich zu Chromoxid.High resistance to carburization is achieved by materials with low carbon solubility and low carbon diffusion rates. Nickel alloys are therefore generally more resistant to carburization than iron alloys because both carbon diffusion and carbon solubility are lower in nickel than in iron. Increasing the chromium content results in greater carburization resistance by forming a protective chromium oxide layer, unless the oxygen partial pressure in the gas is too low to form this protective chromium oxide layer. At very low oxygen partial pressures, materials containing silicon or aluminum can be used, which form a layer of silicon oxide or the even more stable aluminum oxide, which forms at significantly lower oxygen partial pressures compared to chromium oxide.
Falls die Kohlenstoffaktivität größer 1 ist (d.h. das Gas ist nicht im Gleichgewicht), kann es bei Nickel-, Eisen- oder Kobaltlegierungen zu „Metal Dusting“ kommen. In Kontakt mit dem Gas können die Legierungen große Mengen an Kohlenstoff aufnehmen. Die in der an Kohlenstoff übersättigten Legierung stattfindenden Entmischungsvorgänge führen zur Materialzerstörung. Dabei zerfällt die Legierung in ein Gemisch aus Metallpartikeln, Graphit, Karbiden und/oder Oxiden. Diese Art der Materialzerstörung tritt im Temperaturbereich von circa 500 bis 750°C auf.If the carbon activity is greater than 1 (i.e. the gas is not in equilibrium), “metal dusting” can occur with nickel, iron or cobalt alloys. When in contact with the gas, the alloys can absorb large amounts of carbon. The segregation processes that take place in the carbon-supersaturated alloy lead to material destruction. The alloy breaks down into a mixture of metal particles, graphite, carbides and/or oxides. This type of material destruction occurs in the temperature range of around 500 to 750°C.
Typische Bedingungen für das Auftreten von „Metal Dusting“ sind stark aufkohlende CO, H2 und/oder CH4-Gasgemische, wie sie u.a. in der Ammoniaksynthese, in Methanolanlagen, in metallurgischen Prozessen, aber auch in Härtereiöfen auftreten.Typical conditions for the occurrence of “metal dusting” are strongly carburizing CO, H 2 and/or CH 4 gas mixtures, such as those that occur in ammonia synthesis, in methanol plants, in metallurgical processes, but also in hardening furnaces.
Tendenziell steigt die Beständigkeit gegen „Metal Dusting“ mit zunehmendem Nickelgehalt der Legierung, allerdings sind auch Nickellegierungen nicht resistent gegen „Metal Dusting“.The resistance to “metal dusting” tends to increase as the nickel content of the alloy increases, although nickel alloys are not resistant to “metal dusting” either.
Einen deutlichen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit unter „Metal Dusting“ Bedingungen haben der Chrom- und Aluminiumgehalt (siehe
Die Warmfestigkeit bzw. Kriechfestigkeit bei den angegebenen Temperaturen (circa 500 bis 750°C) wird u.a. durch einen hohen Kohlenstoffgehalt verbessert. Aber auch hohe Gehalte an Mischkristallverfestigenden Elementen wie Chrom, Aluminium, Silizium, Molybdän und Wolfram verbessern die Warmfestigkeit bzw. die Kriechfestigkeit. Im Bereich von 500 bis 900°C können Zugaben von Aluminium, Titan und/oder Niob die Festigkeit verbessern durch Ausscheidung der γ'- und/oder γ''-Phase.The high-temperature strength or creep resistance at the specified temperatures (approx. 500 to 750°C) is improved, among other things, by a high carbon content. But high contents of solid solution strengthening elements such as chromium, aluminum, silicon, molybdenum and tungsten also improve the high-temperature strength and creep resistance. In the range of 500 to 900°C, additions of aluminum, titanium and/or niobium can improve strength by precipitation of the γ' and/or γ'' phase.
Beispiele nach dem Stand der Technik zu diesen Legierungen sind in Tabelle 1 aufgelistet.Prior art examples of these alloys are listed in Table 1.
Legierungen wie Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693) oder Alloy 603 (N06603) sind seit langem für ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Alloy 600 (N06600) oder Alloy 601 (N06601) auf Grund des hohen Aluminiumgehaltes von mehr als 1,8 % bekannt. Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693), Alloy 603 (N06603) und Alloy 690 (N06690) zeigen auf Grund ihrer hohen Chrom- und/oder Aluminiumgehalte eine hervorragende Aufkohlungsbeständigkeit bzw. „Metal Dusting“ Beständigkeit. Zugleich zeigen Legierungen wie Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693) oder Alloy 603 (N06603) auf Grund des hohen Kohlenstoffgehaltes bzw. Aluminiumgehaltes eine hervorragende Warmfestigkeit bzw. Kriechfestigkeit in dem Temperaturbereich, in dem „Metal Dusting“ auftritt. Alloy 602 CA (N06025) und Alloy 603 (N06603) haben selbst bei Temperaturen oberhalb von 1000°C noch eine hervorragende Warmfestigkeit bzw. Kriechfestigkeit. Allerdings wird u.a. durch die hohen Aluminiumgehalte die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt, wobei die Beeinträchtigung umso stärker ist, je höher der Aluminiumgehalt ist (Alloy 693 - N06693). Gleiches gilt in erhöhtem Maße für Silizium, das niedrig schmelzende Phasen mit Nickel bildet. In Alloy 602 CA (N06025) oder Alloy 603 (N06603) ist insbesondere die Kaltumformbarkeit durch einen hohen Anteil an Primärkarbiden begrenzt.Alloys such as Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693) or Alloy 603 (N06603) have long been recognized for their excellent corrosion resistance compared to Alloy 600 (N06600) or Alloy 601 (N06601) due to the high aluminum content of more than 1 .8% known. Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693), Alloy 603 (N06603) and Alloy 690 (N06690) show excellent carburization resistance or “metal dusting” resistance due to their high chromium and/or aluminum content. At the same time, alloys such as Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693) or Alloy 603 (N06603) show excellent high-temperature strength or creep resistance in the temperature range in which “metal dusting” occurs due to the high carbon or aluminum content. Alloy 602 CA (N06025) and Alloy 603 (N06603) still have excellent high-temperature strength and creep resistance even at temperatures above 1000°C. However, the processability is impaired, among other things, by the high aluminum content, with the impairment becoming greater the higher the aluminum content is (Alloy 693 - N06693). The same applies to a greater extent to silicon, which forms low-melting phases with nickel. In Alloy 602 CA (N06025) or Alloy 603 (N06603), the cold formability in particular is limited by a high proportion of primary carbides.
Die
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Legierungen für den Ofenbau und die petrochemische Industrie müssen für die Herstellung der einzelnen Bauteile einer Anlage geschweißt werden können. Auch müssen die einzelnen Bauteile ggf. beim Einbau in die Anlage geschweißt werden können. Schweißnähte zeigen auf Grund ihres Gefüges oft eine geringere Zeitstandfestigkeit und/oder neigen zur Rissbildung. Durch eine Wärmebehandlung der Schweißnaht kann die Zeitstandfestigkeit verbessert und die Neigung zur Rissbildung reduziert werden. Einige Beispiele sind im folgenden Stand der Technik aufgelistet.Alloys for furnace construction and the petrochemical industry must be able to be welded to produce the individual components of a system. The individual components must also be able to be welded when installed in the system. Due to their structure, weld seams often show lower creep strength and/or tend to crack. By heat treating the weld seam, the creep strength can be improved and the tendency to cracking can be reduced. Some examples are listed in the following prior art.
Die
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit Schweißnähten aus einer Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung zu konzipieren, wobei das Bauteil teilweise aus einer Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung besteht und/oder zum Einbau dieses Bauteils in eine Anlage mit ein oder mehreren Schweißnähten erfolgt.The object on which the invention is based is to design a method for producing a component with weld seams from a wrought nickel-chromium-aluminum alloy, the component partly consisting of a wrought nickel-chromium-aluminum alloy and/or for installing this component in a system with one or more weld seams.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit ein oder mehreren Schweißnähten und/oder zum Einbau eines Bauteils in eine Anlage mit ein oder mehreren Schweißnähten, die aus einer Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung bestehen, mit (in Masse-%) größer 18 bis 33 % Chrom, 1,8 bis 4,0 % Aluminium, 0,01 bis 7,0 % Eisen, 0,001 bis 0,50 % Silizium, 0,001 bis 2,0 % Mangan, 0,00 bis 0,60 % Titan, jeweils 0,0 bis 0,05 % Magnesium und/oder Kalzium, 0,005 bis 0,12 % Kohlenstoff, 0,0005 bis 0,050 % Stickstoff, 0,0001 - 0,020 % Sauerstoff, 0,001 bis 0,030 % Phosphor, max. 0,010 % Schwefel, max. 2,0 % Molybdän, max. 2,0 % Wolfram, Rest Nickel größer gleich 50 % und den üblichen verfahrensbedingten Verunreinigungen, wobei das Bauteil teilweise oder ganz aus Halbzeugen dieser Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung besteht, und nach dem Schweißen nur die Schweißnähte aus dieser Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung und die, die Schweißnähte umgebenden Wärmeeinflusszonen zur Homogenisierung der Schweißnähte und/oder zur Verringerung von Spannungen einer Glühung zwischen größer 980 und 1250°C für Zeiten von 0,05 Minuten bis zu 24 Stunden unterworfen werden, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft, mit der Folge, dass durch diese Glühung die Kriechfestigkeit und die Kriechduktilität der Schweißnähte verbessert wird,
wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sein müssen:
where the following relationships must be satisfied:
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the subject matter of the invention can be found in the associated subclaims.
Halbzeuge aus Metall sind Halbfertigprodukte, wie zum Beispiel Blech, Band, Stange, Schmiedeteile, nahtloses oder längsnahtgeschweißtes Rohr oder Draht.Metal semi-finished products are semi-finished products, such as sheet metal, strip, bar, forgings, seamless or longitudinally welded pipe or wire.
Ein Bauteil kann aus zwei oder mehreren bearbeiteten Halbzeugen und/oder anderen Bauteilen zusammengefügt werden. Das Fügen kann zum Beispiel mit einem Schmelzschweißverfahren ggf. mit extra Schweißzusatz erfolgen. Ein Schweißzusatz kann z.B. über Schweißstäbe oder Drähte beim Schweißen zugeführt werden. Ein Schweißzusatz kann auch, bei entsprechender Gestaltung der Schweißnahtgeometrie, aus einem Teil mindestens einer der angrenzenden zu verschweißenden Halbzeuge bestehen.A component can be assembled from two or more machined semi-finished products and/or other components. Joining can be done, for example, using a fusion welding process, if necessary with extra welding filler. A welding filler metal can be supplied during welding, for example via welding rods or wires. A welding filler can also consist of a part of at least one of the adjacent semi-finished products to be welded, provided the weld seam geometry is designed accordingly.
Die in dieser Erfindung genannte Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung hier abkürzend Alloy NiCrAI-H genannt, wird bevorzugt offen in einem Elektroofen oder einem Lichtbogenofen erschmolzen, gefolgt von einer Behandlung in einer VOD (Vacuum, Oxidizing, Deoxidizing) oder VLF (Vacuum Ladle Furnace) Anlage. Aber auch ein Erschmelzen und Abgießen im Vakuum ist möglich. Danach wird die Legierung in Blöcken, Elektroden oder als Strangguss zur Bildung eines Vorproduktes abgegossen. Ggf. wird das Vorprodukt dann bei Temperaturen zwischen 900 und 1270°C für 0,1 Stunden bis 70 Stunden geglüht. Des Weiteren ist es möglich die Legierung zusätzlich ein oder mehrmals mit ESU (Elektro-Schlacke Umschmelzanlage) und/oder VAR (Vacuum Arc Remelting) umzuschmelzen. Danach wird die Legierung in die gewünschte Halbzeugform gebracht. Dafür wird ggf. bei Temperaturen zwischen 900 und 1270°C für 0,1 Stunden bis 70 Stunden geglüht, danach warm umgeformt, ggf. mit Zwischenglühungen zwischen 900 und 1270°C für 0,05 Stunden bis 70 Stunden. Die Oberfläche des Materials kann ggf. (auch mehrmals) zwischendurch und/oder nach Ende der Warmumformung zur Säuberung chemisch und/oder mechanisch abgetragen werden. Danach kann ggf. eine Kaltformgebung mit Umformgraden bis zu 98% in die gewünschte Halbzeugform, ggf. mit Zwischenglühungen zwischen 800 und 1250°C für 0,05 Minuten bis 70 Stunden, ggf. unter Schutzgas, wie z.B. Argon oder Wasserstoff, gefolgt von einer Abkühlung an Luft, in der bewegten Glühatmosphäre oder im Wasserbad erfolgen. Danach findet eine Lösungsglühung im Temperaturbereich von 800 bis 1250°C für 0,05 Minuten bis 70 Stunden ggf. unter Schutzgas, wie z. B. Argon oder Wasserstoff, gefolgt von einer Abkühlung an Luft, in der bewegten Glühatmosphäre oder im Wasserbad statt. Ggf. können zwischendurch und/oder nach der letzten Glühung chemische und/oder mechanische Reinigungen der Materialoberfläche erfolgen.The nickel-chromium-aluminum wrought alloy mentioned in this invention, abbreviated here as Alloy NiCrAI-H, is preferably melted openly in an electric furnace or an arc furnace, followed by treatment in a VOD (Vacuum, Oxidizing, Deoxidizing) or VLF (Vacuum Ladle Furnace) facility. But melting and casting in a vacuum is also possible. The alloy is then cast in blocks, electrodes or as continuous casting to form a preliminary product. If necessary, the preliminary product is then annealed at temperatures between 900 and 1270 ° C for 0.1 hour to 70 hours. Furthermore, it is possible to additionally remelt the alloy one or more times using ESU (electro-slag remelting plant) and/or VAR (vacuum arc remelting). The alloy is then shaped into the desired semi-finished product shape. For this purpose, annealing may be carried out at temperatures between 900 and 1270°C for 0.1 hours to 70 hours, then hot forming, if necessary with intermediate annealing between 900 and 1270°C for 0.05 hours to 70 hours. If necessary, the surface of the material can be chemically and/or mechanically removed (even several times) in between and/or after the end of hot forming for cleaning. Afterwards, if necessary, cold forming with degrees of deformation up to 98% into the desired semi-finished product shape, possibly with intermediate annealing between 800 and 1250 ° C for 0.05 minutes to 70 hours, if necessary under protective gas, such as argon or hydrogen, followed by a Cooling in air, in the moving incandescent atmosphere or in what serbad. Then solution annealing takes place in the temperature range from 800 to 1250 ° C for 0.05 minutes to 70 hours, if necessary under protective gas, such as. B. Argon or hydrogen, followed by cooling in air, in the moving annealing atmosphere or in a water bath. If necessary, chemical and/or mechanical cleaning of the material surface can be carried out in between and/or after the last annealing.
Bevorzugt findet die Lösungsglühung zwischen folgenden Temperaturen statt:
- - 1000 oder > 1000
bis 1200°C oder < 1200°C - - 1000 oder > 1000 bis 1175°C oder < 1175°C
- - 1025 oder > 1025 bis 1150°C oder < 1150°C
- - 1050 oder > 1050 bis 1130°C oder < 1130°C
- - 1080 oder > 1080 bis 1130°C oder < 1130°C
- - 1000 or > 1000 to 1200°C or < 1200°C
- - 1000 or > 1000 to 1175°C or < 1175°C
- - 1025 or > 1025 to 1150°C or < 1150°C
- - 1050 or > 1050 to 1130°C or < 1130°C
- - 1080 or > 1080 to 1130°C or < 1130°C
Bevorzugt findet die Lösungsglühung in folgenden Zeitbereichen statt:
- - 0,05 Minuten bis 24 Stunden
- - 0,05
Minuten bis 8 Stunden - - 0,05
Minuten bis 4 Stunden - - 0,1
Minuten bis 1 Stunde - - 1
Minute bis 1 Stunde - - 5
Minuten bis 1 Stunde
- - 0.05 minutes to 24 hours
- - 0.05 minutes to 8 hours
- - 0.05 minutes to 4 hours
- - 0.1 minutes to 1 hour
- - 1 minute to 1 hour
- - 5 minutes to 1 hour
Die in dieser Erfindung verwendete Nickel-Chrom-Aluminium-Knetlegierung (Alloy NiCrAI-H) lässt sich gut in den Halbzeugformen Band, Blech, Stange, Schmiedeteile, Draht, längsnahtgeschweißtes Rohr und nahtloses Rohr herstellen und verwenden.The wrought nickel-chromium-aluminum alloy (Alloy NiCrAl-H) used in this invention can be easily manufactured and used in the semi-finished forms of strip, sheet, bar, forgings, wire, longitudinally welded pipe and seamless pipe.
Diese Halbzeugformen werden mit einer mittleren Korngröße von 30 bis 600 µm hergestellt. Bevorzugte Bereiche sind:
- - 40 µm bis 300 µm.
- - 60 µm bis 300 µm.
- - 75 µm bis 200 µm.
- - 40 µm to 300 µm.
- - 60 µm to 300 µm.
- - 75 µm to 200 µm.
Die für das Bauteil benötigten Teile werden aus dem Halbzeug geschnitten bzw. herausgetrennt, entsprechend bearbeitet und dann mittels eines Schmelzschweißverfahrens unter Schutzgas verbunden.The parts required for the component are cut or separated from the semi-finished product, processed accordingly and then connected using a fusion welding process under inert gas.
Wahlweise kann das Schmelzschweißverfahren zum Beispiel eines der folgenden Verfahren sein:
- - Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)
- - Metall-Inertgasschweißen (MIG)
- - Metall-Aktivgasschweißen (MAG)
- - Plasmaschweißen
- - Elektronenstrahlschweißen
- - Laserstrahlschweißen
- - Gasschweißen oder Autogenschweißen
- - Elektrodenschweißen / Lichtbogenhandschweißen
- - Tungsten inert gas welding (TIG)
- - Metal inert gas welding (MIG)
- - Metal active gas welding (MAG)
- - plasma welding
- - Electron beam welding
- - Laser beam welding
- - Gas welding or oxyfuel welding
- - Electrode welding / manual arc welding
Das Schutzgas kann vorzugsweise Argon oder auch Argon und Wasserstoff oder auch Argon und Stickstoff sein.The protective gas can preferably be argon or argon and hydrogen or argon and nitrogen.
Aber auch Unterpulverschweißen und andere Verfahren sind denkbar.But submerged arc welding and other processes are also conceivable.
Der Spreizungsbereich für das Element Chrom liegt zwischen 18 und 33 %, wobei bevorzugte Bereiche wie folgt eingestellt werden können:
- - 20 oder > 20 bis 33 oder < 33 %
- - 22 oder > 22 bis 33 oder < 33 %
- - 24 oder > 24 bis 33 oder < 33 %
- - 24 oder > 24 bis 32 oder < 32 %
- - 25 oder > 25 bis 32 oder < 32 %
- - 26 oder > 26 bis 32 oder < 32 %
- - 27 oder > 27 bis 32 oder < 32 %
- - 28 oder > 28 bis 32 oder < 32 %
- - 28 oder > 28
bis 31 oder < 31 % - - 28 oder > 28
bis 30 oder < 30 % - - 29 oder > 29
bis 31 oder < 31 %
- - 20 or > 20 to 33 or < 33%
- - 22 or > 22 to 33 or < 33%
- - 24 or > 24 to 33 or < 33%
- - 24 or > 24 to 32 or < 32%
- - 25 or > 25 to 32 or < 32%
- - 26 or > 26 to 32 or < 32%
- - 27 or > 27 to 32 or < 32%
- - 28 or > 28 to 32 or < 32%
- - 28 or > 28 to 31 or < 31%
- - 28 or > 28 to 30 or < 30%
- - 29 or > 29 to 31 or < 31%
Der Aluminiumgehalt liegt zwischen 1,8 und 4,0 %, wobei auch hier, je nach Einsatzbereich der Legierung, bevorzugte Aluminiumgehalte wie folgt eingestellt werden können:
- - 1,8 oder > 1,8 bis < 4,0 %
- - 1,8 oder > 1,8
3,2 oder < 3,2 %bis - - 2,0 oder > 2,0
3,2 oder < 3,2 %bis - - 2,0 oder > 2,0
bis 3,0 oder < 3,0 % - - 2,0 oder > 2,0
2,8 oder < 2,8 %bis - - 2,0 oder > 2,2
2,8 oder < 2,8 %bis - - 2,0 oder > 2,2
2,6 oder < 2,6 %bis
- - 1.8 or > 1.8 to < 4.0%
- - 1.8 or > 1.8 to 3.2 or < 3.2%
- - 2.0 or > 2.0 to 3.2 or < 3.2%
- - 2.0 or > 2.0 to 3.0 or < 3.0%
- - 2.0 or > 2.0 to 2.8 or < 2.8%
- - 2.0 or > 2.2 to 2.8 or < 2.8%
- - 2.0 or > 2.2 to 2.6 or < 2.6%
Der Eisengehalt liegt zwischen 0,01 und 7,0 %, wobei, abhängig vom Anwendungsbereich, bevorzugte Gehalte innerhalb der folgenden Spreizungsbereiche eingestellt werden können:
- - 0,01
bis 4,0 oder < 4,0 % - - 0,01
bis 3,0 oder < 3,0 % - - 0,01
2,5 oder < 2,5 %bis - - 0,1 - 2,0 oder < 2,0 %
- - 0,1 - 1,0 oder < 1,0 %
- - 0.01 to 4.0 or < 4.0%
- - 0.01 to 3.0 or < 3.0%
- - 0.01 to 2.5 or < 2.5%
- - 0.1 - 2.0 or < 2.0%
- - 0.1 - 1.0 or < 1.0%
Der Siliziumgehalt liegt zwischen 0,001 und 0,50 %. Bevorzugt kann Si innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,001 - 0,20 oder < 0,20 %
- - 0,001 - 0,10 oder < 0,10 %
- - 0,001 - 0,05 oder < 0,05 %
- - 0.001 - 0.20 or < 0.20%
- - 0.001 - 0.10 or < 0.10%
- - 0.001 - 0.05 or < 0.05%
Gleiches gilt für das Element Mangan, das mit 0,001 bis 2,0 % in der Legierung enthalten sein kann. Alternativ ist auch folgender Spreizungsbereich denkbar:
- - 0,005 bis 0,50 oder < 0,20 %
- - 0,005
bis 0,20 oder < 0,20 % - - 0,001
bis 0,20 oder < 0,20 % - - 0,005
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,005
bis 0,05 oder < 0,05 %
- - 0.005 to 0.50 or < 0.20%
- - 0.005 to 0.20 or < 0.20%
- - 0.001 to 0.20 or < 0.20%
- - 0.005 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.005 to 0.05 or < 0.05%
Der Titangehalt liegt zwischen 0,00 und 0,60 %. Bevorzugt kann Ti innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,001 bis 0,60 oder < 0,60 %
- - 0,001 bis 0,50 oder < 0,50 %
- - 0,001
bis 0,30 oder < 0,30 % - - 0,001
bis 0,25 oder < 0,25 % - - 0,001
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,001 bis 0,02 oder < 0,02 %
- - 0,01
bis 0,10 oder < 0,10 %
- - 0.001 to 0.60 or < 0.60%
- - 0.001 to 0.50 or < 0.50%
- - 0.001 to 0.30 or < 0.30%
- - 0.001 to 0.25 or < 0.25%
- - 0.001 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.001 to 0.02 or < 0.02%
- - 0.01 to 0.10 or < 0.10%
Auch Magnesium und/oder Kalzium ist in Gehalten 0,00 bis 0,05 % enthalten. Bevorzugt besteht die Möglichkeit diese Elemente wie folgt in der Legierung einzustellen:
- - 0,00 bis 0,03 oder < 0,03 %
- - 0,00 bis 0,02 oder < 0,02 %
- - 0.00 to 0.03 or < 0.03%
- - 0.00 to 0.02 or < 0.02%
Die Legierung enthält 0,005 bis 0,12 % Kohlenstoff. Bevorzugt kann dieser innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,01 bis < 0,12 %
- - 0,01
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,01 bis 0,08 oder < 0,08 %
- - 0,01
bis 0,05 oder < 0,05 % - - 0,02
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,03
bis 0,10 oder < 0,10 %
- - 0.01 to < 0.12%
- - 0.01 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.01 to 0.08 or < 0.08%
- - 0.01 to 0.05 or < 0.05%
- - 0.02 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.03 to 0.10 or < 0.10%
Dies gilt in gleicher Weise für das Element Stickstoff, das in Gehalten zwischen 0,0005 und 0,05 % enthalten ist. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
- - 0,001 - 0,04 %.
- - 0.001 - 0.04%.
Die Legierung enthält des Weiteren Sauerstoff in Gehalten zwischen 0,0001 und 0,020 %, beinhaltet insbesondere 0,0001 bis 0,010 %.The alloy also contains oxygen in levels between 0.0001 and 0.020%, in particular 0.0001 to 0.010%.
Die Legierung enthält des Weiteren Phosphor in Gehalten zwischen 0,001 und 0,030 %. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
- - 0,001 - 0,020 %
- - 0.001 - 0.020%
Das Element Schwefel ist wie folgt in der Legierung gegeben:
- - max. 0,010 %
- - max. 0.010%
Molybdän und Wolfram sind einzeln oder in Kombination in der Legierung mit einem Gehalt von jeweils maximal 2,0 % enthalten. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
Nickel ist der Rest. Bevorzugt kann der Rest wie folgt angegeben sein:
- - > 50 % oder ≥ 50 %
- - > 55 % oder ≥ 55 %
- - > 60 % oder ≥ 60 %
- - > 65 % oder ≥ 65 %
- - > 67 % oder ≥ 67 %
- - > 50% or ≥ 50%
- - > 55% or ≥ 55%
- - > 60% or ≥ 60%
- - > 65% or ≥ 65%
- - > 67% or ≥ 67%
Für hochkorrosive Bedingungen, aber insbesondere für eine gute „Metal Dusting“ Beständigkeit ist es vorteilhaft, wenn die folgende Beziehung zwischen Cr und Al erfüllt ist:
Darüber hinaus muss die folgende Beziehung erfüllt sein, damit eine ausreichende Phasenstabilität gegeben ist:
Bevorzugte Bereiche können eingestellt werden mit:
Wahlweise kann in der Legierung das Element Niob in Gehalten von 0,0 bis 1,10 % eingestellt werden. Bevorzugt kann Niob innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,001 bis < 1,10 %
- - 0,001
bis 1,0 oder < 1,0 % - - 0,001 bis 0,70 oder < 0,70 %
- - 0,001 bis 0,50 oder < 0,50 %
- - 0,001
bis 0,30 oder < 0,30 % - - 0,01
bis 0,30 oder < 0,30 %
- - 0.001 to < 1.10%
- - 0.001 to 1.0 or < 1.0%
- - 0.001 to 0.70 or < 0.70%
- - 0.001 to 0.50 or < 0.50%
- - 0.001 to 0.30 or < 0.30%
- - 0.01 to 0.30 or < 0.30%
Ist Niob in der Legierung enthalten, so muss die Formel (3a) wie folgt um einen Term mit Niob ergänzt werden:
Wahlweise kann der Zirkongehalt zwischen 0,0 und 0,20 % liegen. Bevorzugt kann Zirkon innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,0
bis 0,15 oder < 0,15 % - - 0,0
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,001 bis 0,07 oder < 0,07 %
- - 0,001 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0,01 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0.0 to 0.15 or < 0.15%
- - 0.0 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.001 to 0.07 or < 0.07%
- - 0.001 to 0.04 or < 0.04%
- - 0.01 to 0.04 or < 0.04%
Wahlweise kann in der Legierung das Element Yttrium in Gehalten von 0,0 bis 0,20 % eingestellt werden. Bevorzugt kann Yttrium innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,0
bis 0,15 oder < 0,15 % - - 0,0
bis 0,10 % oder < 0,10 % - - 0,0 bis 0,08 oder < 0,08 %
- - 0,001 bis < 0,045 %
- - 0,01 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0.0 to 0.15 or < 0.15%
- - 0.0 to 0.10% or < 0.10%
- - 0.0 to 0.08 or < 0.08%
- - 0.001 to < 0.045%
- - 0.01 to 0.04 or < 0.04%
Wahlweise kann in der Legierung das Element Lanthan in Gehalten von 0,0 bis 0,20 % eingestellt werden. Bevorzugt kann Lanthan innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,0
bis 0,15 oder < 0,15 % - - 0,0
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,0 bis 0,08 oder < 0,08 %
- - 0,001 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0,01 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0.0 to 0.15 or < 0.15%
- - 0.0 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.0 to 0.08 or < 0.08%
- - 0.001 to 0.04 or < 0.04%
- - 0.01 to 0.04 or < 0.04%
Wahlweise kann in der Legierung das Element Cer in Gehalten von 0,0 bis 0,20 % eingestellt werden. Bevorzugt kann Cer innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,0
bis 0,15 oder < 0,15 % - - 0,0
bis 0,10 % oder < 0,10 % - - 0,0 bis 0,08 oder < 0,08 %
- - 0,001 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0,01 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0.0 to 0.15 or < 0.15%
- - 0.0 to 0.10% or < 0.10%
- - 0.0 to 0.08 or < 0.08%
- - 0.001 to 0.04 or < 0.04%
- - 0.01 to 0.04 or < 0.04%
Wahlweise kann bei gleichzeitiger Zugabe von Cer und Lanthan auch Cer-Mischmetall verwendet werden in Gehalten von 0,0 bis 0,20 %. Bevorzugt kann Cer-Mischmetall innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,0
bis 0,15 oder < 0,15 % - - 0,0
bis 0,10 % oder < 0,10 % - - 0,0 bis 0,08 oder < 0,08 %
- - 0,001 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0,01 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0.0 to 0.15 or < 0.15%
- - 0.0 to 0.10% or < 0.10%
- - 0.0 to 0.08 or < 0.08%
- - 0.001 to 0.04 or < 0.04%
- - 0.01 to 0.04 or < 0.04%
Wahlweise kann in der Legierung das Element Hafnium in Gehalten von 0,0 bis 0,20 % eingestellt werden. Bevorzugt kann Hafnium innerhalb des Spreizungsbereiches wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
- - 0,0
bis 0,15 oder < 0,15 %. - - 0,0
bis 0,10 oder < 0,10 %. - - 0,001 bis 0,07 oder < 0,07 %.
- - 0,001 bis 0,04 oder < 0,04 %
- - 0,01 bis 0,04 oder < 0,04 %.
- - 0.0 to 0.15 or < 0.15%.
- - 0.0 to 0.10 or < 0.10%.
- - 0.001 to 0.07 or < 0.07%.
- - 0.001 to 0.04 or < 0.04%
- - 0.01 to 0.04 or < 0.04%.
Wahlweise kann in der Legierung auch 0,001 bis 0,60 % Tantal enthalten sein. Bevorzugte Tantal Gehalte können wie folgt gegeben sein:
- - 0,001 bis 0,50 oder < 0,50 %
- - 0,001 bis 0,40 oder < 0,40 %
- - 0,001
bis 0,30 oder < 0,30 % - - 0,001
bis 0,20 oder < 0,30 % - - 0,001
bis 0,10 oder < 0,10 % - - 0,01
bis 0,10 oder < 0,10 %
- - 0.001 to 0.50 or < 0.50%
- - 0.001 to 0.40 or < 0.40%
- - 0.001 to 0.30 or < 0.30%
- - 0.001 to 0.20 or < 0.30%
- - 0.001 to 0.10 or < 0.10%
- - 0.01 to 0.10 or < 0.10%
Wahlweise kann das Element Bor wie folgt in der Legierung enthalten sein:
Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
Des Weiteren kann die Legierung bedarfsweise zwischen 0,0 bis 5,0 % Kobalt enthalten, der darüber hinaus noch wie folgt eingeschränkt werden kann:
- - 0,01
bis 5,0 oder < 5,0 % - - 0,01
bis 2,0 oder < 2,0 % - - 0,10
bis 2,0 oder < 2,0 % - - 0,01
bis 0,5 oder < 0,5 % - - 0,01
bis 0,1 oder < 0,1 %
- - 0.01 to 5.0 or < 5.0%
- - 0.01 to 2.0 or < 2.0%
- - 0.10 to 2.0 or < 2.0%
- - 0.01 to 0.5 or < 0.5%
- - 0.01 to 0.1 or < 0.1%
Des Weiteren kann in der Legierung bedarfsweise maximal 0,5 % Kupfer enthalten sein.Furthermore, the alloy can contain a maximum of 0.5% copper if necessary.
Der Gehalt an Kupfer kann darüber hinaus wie folgt eingeschränkt werden:
Ist Kupfer in der Legierung enthalten, so muss die Formel (3a) wie folgt um einen Term mit Kupfer ergänzt werden:
Sind Niob und Kupfer in der Legierung enthalten, so muss die Formel (3a) wie folgt um einen Term mit Niob und einen Term mit Kupfer ergänzt werden:
Des Weiteren kann in der Legierung optional maximal 0,5 % Vanadium enthalten sein.Furthermore, the alloy can optionally contain a maximum of 0.5% vanadium.
Der Gehalt an Vanadium kann darüber hinaus wie folgt eingeschränkt werden:
- - V max. < 0,10 %
- - V max. < 0.10%
Schließlich können an Verunreinigungen noch die Elemente Blei, Zink und Zinn in Gehalten wie folgt gegeben sein:
Die Glühung der Schweißnähte und der Wärmeeinflusszonen kann zum Beispiel u.a. durch Heizmatten, Infrarotstrahler, Laser oder induktive elektrische Erwärmung erfolgen. Wahlweise können Teilbereiche der übrigen Konstruktion gleichzeitig gekühlt werden.The annealing of the weld seams and the heat-affected zones can be done, for example, using heating mats, infrared radiators, lasers or inductive electrical heating. Optionally, parts of the rest of the structure can be cooled at the same time.
Es ist ebenfalls möglich, nach dem Schweißen das ganze Bauteil mit den Schweißnähten zur Homogenisierung der Schweißnähte und/oder zur Verringerung von Spannungen einer Glühung zwischen 980 und 1250°C für Zeiten von 0,05 Minuten bis 24 Stunden zu unterwerfen, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft mit der Folge, dass durch diese Glühung (bedarfsweise nach der Lösungsglühung des Halbzeugs) die Kriechfestigkeit und die Kriechduktilität der Schweißnähte verbessert wird.It is also possible, after welding, to subject the entire component with the weld seams to annealing between 980 and 1250 ° C for times of 0.05 minutes to 24 hours, followed by cooling, in order to homogenize the weld seams and / or to reduce stresses in stationary protective gas or air, moving (blown) protective gas or air, with the result that this annealing (if necessary after solution annealing of the semi-finished product) improves the creep strength and creep ductility of the weld seams.
Weiterhin ist es möglich, nach dem Schweißen und dem Homogenisieren der Schweißnähte, entweder durch Glühen des Ganzen, die Schweißnähte enthaltenen Bauteils oder durch eine Glühung nur der Schweißnähte und der Wärmeeinflusszonen, diese Glühung zu wiederholen, wahlweise durch Glühen des Ganzen, die Schweißnähte enthaltenen Bauteils oder durch eine Glühung nur der Schweißnähte und Wärmeeinflusszonen. Dabei ist die Reihenfolge einer Teilglühung nur von Schweißnähten und Wärmeeinflusszonen und der Glühung des ganzen Bauteils beliebig.Furthermore, it is possible, after welding and homogenizing the weld seams, either by annealing the entire component containing the weld seams or by annealing only the weld seams and the heat-affected zones, to repeat this annealing, optionally by annealing the entire component containing the weld seams or by annealing only the weld seams and heat-affected zones. The order of partial annealing of only weld seams and heat-affected zones and the annealing of the entire component is arbitrary.
Bevorzugt findet eine Glühung nach dem Schweißen zwischen folgenden Temperaturen statt:
- - 1000 oder > 1000
bis 1200 oder < 1200 °C - - 1000 oder > 1000 bis 1175 oder < 1175 °C
- - 1025 oder > 1025 bis 1150 oder < 1150 °C
- - 1050 oder > 1050 bis 1130 oder < 1130 °C
- - 1080 oder > 1080 bis 1130 oder < 1130 °C
- - 1000 or > 1000 to 1200 or < 1200 °C
- - 1000 or > 1000 to 1175 or < 1175 °C
- - 1025 or > 1025 to 1150 or < 1150 °C
- - 1050 or > 1050 to 1130 or < 1130 °C
- - 1080 or > 1080 to 1130 or < 1130 °C
Bevorzugt findet die Glühung nach dem Schweißen in folgenden Zeitbereichen statt:
- - 0,05
Minuten bis 16 Stunden - - 0,05
Minuten bis 8 Stunden - - 0,05
Minuten bis 4 Stunden - - 0,1
Minuten bis 1 Stunde - - 1
Minute bis 1 Stunde - - 5
Minuten bis 1 Stunde
- - 0.05 minutes to 16 hours
- - 0.05 minutes to 8 hours
- - 0.05 minutes to 4 hours
- - 0.1 minutes to 1 hour
- - 1 minute to 1 hour
- - 5 minutes to 1 hour
Das Schutzgas für die Glühung nach dem Schweißen kann vorzugsweise, falls nicht unter Luft, aus folgenden Gasen bestehen:
- - Argon
- - Argon - Luft Gemische
- - Wasserstoff
- - Argon - Wasserstoff Gemische
- - Argon - Stickstoff Gemische
- -Argon
- - Argon - air mixtures
- - Hydrogen
- - Argon - hydrogen mixtures
- - Argon - nitrogen mixtures
Die Verbesserung der Kriechfestigkeit und der Kriechduktilität der Schweißnähte findet insbesondere im Bereich der γ'-Bildung statt, was den Temperaturbereich kleiner gleich 750°C umfasst.The improvement in the creep strength and creep ductility of the weld seams takes place particularly in the area of γ' formation, which includes the temperature range less than or equal to 750 ° C.
Nach der Glühung des Bauteils mit den Schweißnähten bzw. nach der Glühung nur der Schweißnähte und der Wärmeeinflusszonen des Bauteils, bzw. der Schweißnähte und der Wärmeeinflusszonen vom Einbau in die Anlage kann wahlweise die Oberfläche durch Bürsten, Beizen, Strahlen, Schleifen, Drehen, Schälen und/oder Fräsen gereinigt bzw. bearbeitet werden. Eine oder mehrerer solcher Bearbeitungen können wahlweise auch schon nach dem Schweißen stattfinden. Besonders eine Material abtragende Bearbeitung nach der letzten Glühung durch Schleifen, Drehen, Schälen, Fräsen verbessert die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die „Metal Dusting“ Beständigkeit, der geglühten Oberflächen, v.a. der Schweißnähte und der Wärmeeinflusszonen.After annealing the component with the weld seams or after annealing only the weld seams and the heat-affected zones of the component, or the weld seams and the heat-affected zones from installation in the system, the surface can be optionally cleaned by brushing, pickling, blasting, grinding, turning, peeling and/or milling can be cleaned or processed. One or more such processing operations can optionally take place after welding. In particular, material-removing processing after the final annealing by grinding, turning, peeling and milling improves the corrosion resistance, especially the “metal dusting” resistance, of the annealed surfaces, especially the weld seams and the heat-affected zones.
Nach dem Schleifen der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone ist es vorteilhaft, wenn Rauigkeitswerte Ra von 0,01 bis 15 µm erreicht werden, da dies die Korrosionsbeständigkeit und insbesondere die Metal Dusting Beständigkeit verbessert und annährend auf den Wert des Grundwerkstoffs anhebt.After grinding the weld seam and the heat-affected zone, it is advantageous if roughness values Ra of 0.01 to 15 µm are achieved, as this improves the corrosion resistance and in particular the metal dusting resistance and increases it almost to the value of the base material.
Die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile sollen bevorzugt in Bereichen eingesetzt werden, in denen hoch korrosive Bedingungen, wie z.B. stark aufkohlende Bedingungen, „Metal Dusting“ erzeugende Atmosphären vorherrschen, wie z.B. bei Bauteilen in der petrochemischen Industrie. Darüber hinaus sind sie auch für den Ofenbau geeignet.The components produced according to the invention should preferably be used in areas in which highly corrosive conditions, such as heavily carburizing conditions, atmospheres that produce “metal dusting” prevail, such as components in the petrochemical industry. In addition, they are also suitable for oven construction.
Beispiele:Examples:
Herstellung eines Bauteils aus HalbzeugManufacture of a component from semi-finished products
Durchgeführte Tests:Accomplished tests:
Die auftretenden Phasen im Gleichgewicht wurden für die verschiedenen Legierungsvarianten mit dem Programm JMatPro von Thermotech berechnet. Als Datenbasis für die Berechnungen wurde die Datenbank TTNI7 für Nickellegierungen von Thermotech verwendet.The phases occurring in equilibrium were calculated for the different alloy variants using Thermotech's JMatPro program. The TTNI7 database for nickel alloys from Thermotech was used as the database for the calculations.
Die Kriechfestigkeit wird in einem nicht-unterbrochenen einachsigem Zeitstandversuch mit Dehnungsmessung unter Zugbeanspruchung nach DIN EN ISO 204 bestimmt. Dafür wird die Probe in eine Zeitstandprüfmaschine eingebaut und mit einer konstanten Prüfkraft belastet. Dabei wird die Bruchzeit tu sowie die Zeitbruchdehnung Au b ermittelt. Die Bruchzeit ist ein Maß für die Kriechfestigkeit und die Zeitbruchdehnung ist ein Maß für die Kriechduktilität. Die Versuche wurden an Rundproben mit einem Durchmesser von 10 mm im Messbereich und einer Anfangsbezugslänge Lr0 von 50 mm durchgeführt. Die Probennahme erfolgte quer zur Umformrichtung des Halbzeuges.The creep strength is determined in a non-interrupted uniaxial creep test with strain measurement under tensile stress according to DIN EN ISO 204. To do this, the sample is installed in a creep testing machine and loaded with a constant test force. The rupture time t u and the time rupture elongation A u b are determined. The rupture time is a measure of the creep strength and the time rupture elongation is a measure of the creep ductility. The tests were carried out on round samples with a diameter of 10 mm in the measuring range and an initial reference length L r0 of 50 mm. The sampling was carried out transversely to the forming direction of the semi-finished product.
Beschreibung der EigenschaftenDescription of properties
Die in dieser Erfindung verwendete Nickel-Chrom-Aluminium Legierung Alloy NiCrAI-H weist neben einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit in hoch korrosiven Bedingungen, hier zum Beispiel eine hervorragende „Metal Dusting“ Beständigkeit, eine gute Phasenstabilität und Kriechfestigkeit auf.The nickel-chromium-aluminum alloy NiCrAI-H used in this invention has, in addition to excellent corrosion resistance in highly corrosive conditions, here for example excellent “metal dusting” resistance, good phase stability and creep resistance.
PhasenstabilitätPhase stability
Im System Nickel-Chrom-Aluminium-Eisen mit Zusätzen an Titan und/oder Niob können sich je nach Legierungsgehalten verschiedene versprödende TCP-Phasen (Topologically Closed Packed-Phasen) wie z. B. die Laves-, Sigma-, oder µ-Phase oder auch die versprödende η- oder ε-Phase bilden. Die Berechnung der Gleichgewichtsphasenanteile in Abhängigkeit von der Temperatur z.B. für N06690, Charge 111389 (siehe Tabelle 2 für die hier verwendeten Zusammensetzungen) zeigen rechnerisch die Bildung von α-Chrom (BCC Phase in
Dies ist insbesondere der Fall, wenn die folgende Formel erfüllt ist:
Beispiel für die Herstellung von Bauteilen mit Schweißnähten und ihrer EigenschaftenExample of the production of components with welds and their properties
Die Tabellen 3a und 3b zeigen die Analysen von großtechnisch erschmolzenen Chargen von in dieser Erfindung verwendeten Alloy NiCrAI-H Legierungen aus denen Bleche und Schweißstäbe (Schweißzusatz in Form von Draht) gefertigt wurden. Bei diesen Chargen ist die Formel (2a) Al + Cr ≥ 28 erfüllt und damit die Forderung, die an die „Metal Dusting“ Beständigkeit gestellt worden ist. Für die Zusammensetzungen in den Tabellen 3a und 3b wurde auch der Wert für Fp gemäß Formel (3a) berechnet. Fp ist wie gefordert kleiner 39,9.Tables 3a and 3b show the analyzes of industrially melted batches of Alloy NiCrAl-H alloys used in this invention from which sheets and welding rods (welding filler in the form of wire) were manufactured. For these batches, the formula (2a) Al + Cr ≥ 28 is met and thus the requirement for “metal dusting” resistance is met. For the compositions in Tables 3a and 3b, the value for Fp was also calculated according to formula (3a). Fp is less than 39.9 as required.
Diese Chargen wurden in Mengen von 16 t offen erschmolzen, gefolgt von einer Behandlung in einer VOD Anlage. Danach wurden Elektroden abgegossen und ESU umgeschmolzen. Danach wurde die Legierung bei Temperaturen zwischen 900 und 1270°C für 0,1 bis 70 Stunden geglüht und warm umgeformt mit Zwischenglühungen zwischen 900 und 1270°C für 0,1 bis 70 Stunden. Aus der Charge 319144 wurden warmgewalzte Bleche der Dicke 25 bzw. 16 mm hergestellt. Aus der Charge 318385 wurde warmgewalzter Draht gefertigt. Die Bleche wurden nach dem Warmwalzen bei 1100°C für 40 Minuten lösungsgeglüht und danach an Luft abgekühlt. Danach wurden sie zur Entfernung der Oxidschicht gestrahlt, gebeizt und geschliffen. Die 25 mm dicken Bleche hatten eine Korngröße von circa 89 µm, die 16 mm dicken Bleche eine Korngröße von circa 82 µm. Das 25 mm Blech und das 16 mm Blech haben damit eine vergleichbare Korngröße. Der Walzdraht wurde ebenfalls gestrahlt, gebeizt und geschliffen und dann mit Zwischenglühungen zwischen 800 und 1250°C für 0,05 Minuten bis 70 Stunden kalt an Enddicke gezogen. Anschließend wird der Draht unter Wasserstoff im Temperaturbereich von 800 bis 1250°C für 0,05 Minuten bis 70 Stunden lösungsgeglüht und zu Schweißstäben von 2,0 und 2,4 mm Durchmesser verarbeitet.These batches were open smelted in quantities of 16 tonnes, followed by treatment in a VOD plant. Electrodes were then cast and ESU was remelted. The alloy was then annealed at temperatures between 900 and 1270 ° C for 0.1 to 70 hours and hot formed with intermediate annealing between 900 and 1270 ° C for 0.1 to 70 hours. Hot-rolled sheets with a thickness of 25 and 16 mm were produced from batch 319144. Hot rolled wire was produced from batch 318385. After hot rolling, the sheets were solution annealed at 1100°C for 40 minutes and then cooled in air. They were then blasted, stained and sanded to remove the oxide layer. The 25 mm thick sheets had a grain size of around 89 µm, the 16 mm thick sheets had a grain size of around 82 µm. The 25 mm sheet and the 16 mm sheet therefore have a comparable grain size. The wire rod was also blasted, pickled and ground and then cold drawn to final thickness with intermediate annealing between 800 and 1250 ° C for 0.05 minutes to 70 hours. The wire is then solution annealed under hydrogen in a temperature range of 800 to 1250 ° C for 0.05 minutes to 70 hours and processed into welding rods with a diameter of 2.0 and 2.4 mm.
Aus dem 25 mm dicken lösungsgeglühtem Halbzeug Blech wurden Blechabschnitte geschnitten, die bei 980°C für 3 Stunden mit nachfolgender Luftabkühlung geglüht wurden. Aus den nur lösungsgeglühten und den zusätzlich geglühten Blechen bzw. Blechabschnitten wurden Proben für Zeitstandversuche quer zur Walzrichtung gefertigt. Die Ergebnisse der Zeitstandversuche gemäß DIN EN ISO 204 zeigt Tabelle 5.Sheet metal sections were cut from the 25 mm thick solution-annealed semi-finished sheet metal, which were annealed at 980 ° C for 3 hours with subsequent air cooling. Samples for creep tests transverse to the rolling direction were manufactured from the only solution annealed and the additionally annealed sheets or sheet sections. The results of the creep tests according to DIN EN ISO 204 are shown in Table 5.
Aus dem 16 mm dicken Halbzeug Blech wurden Blechabschnitte mit der Abmessung 150 x 500 mm geschnitten. Jeweils 2 Stück wurden mit einer 70° V-Naht mittels WIG Handschweißen unter reinem Argon unter Verwendung der 2,0 und 2,4 mm dicken Schweißstäbe aus Charge 318385 als Schweißzusatz mit den in Tabelle 4 angegebenen Schweißparametern verschweißt. Die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone wurden direkt nach dem Schweißen gebürstet. Einige Teilstücke der so hergestellten geschweißten Bleche wurden bei 980°C für 3 Stunden mit nachfolgender Luftabkühlung geglüht, andere mit 1100°C für 40 Minuten mit nachfolgender Luftabkühlung sowie wiederum andere mit 1100°C für 3 Stunden mit nachfolgender Luftabkühlung. Einige erhielten keine Glühung. Es wurden auch Nähte bzw. Nahtabschnitte hergestellt, die geschliffen bzw. gar nicht nachbehandelt wurden. Aus den geschweißten Blechen bzw. den geschweißten und geglühten Blechen bzw. Blechabschnitten wurden Proben für Zeitstandversuche quer zur Schweißnaht gefertigt. Die Ergebnisse der Zeitstandversuche gemäß DIN EN ISO 204 zeigt Tabelle 5.Sheet metal sections measuring 150 x 500 mm were cut from the 16 mm thick semi-finished sheet metal. Two pieces each were welded with a 70° V-seam using TIG manual welding under pure argon using the 2.0 and 2.4 mm thick welding rods from batch 318385 as welding filler with the welding parameters given in Table 4. The weld seam and heat affected zone were brushed immediately after welding. Some sections of the welded sheets produced in this way were annealed at 980 ° C for 3 hours with subsequent air cooling, others with 1100 ° C for 40 minutes with subsequent air cooling and others with 1100 ° C for 3 hours with subsequent air cooling. Some received no annealing. Seams or seam sections were also produced that were sanded or not treated at all. Samples for creep tests were made from the welded sheets or the welded and annealed sheets or sheet sections transversely to the weld seam. The results of the creep tests according to DIN EN ISO 204 are shown in Table 5.
Aus Tabelle 5 wird ersichtlich, dass bei Zeitstandversuchen bei 600°C eine zusätzliche Glühung bei 980°C für 3 Stunden gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 19 45B bzw. 19 46B) von einem lösungsgeglühten Blech eine Verringerung der Bruchzeit tu im Vergleich zum nur lösungsgeglühten Blech (Probe 19 23B bzw. 19 7B) zur Folge hat. Ein Zeitstandversuch (Probe 302W bzw. 303W) quer zur Schweißnaht ohne eine weitere Glühung (Stand der Technik T) zeigt ebenfalls eine deutlich verringerte Bruchzeit tu im Vergleich zu einem Zeitstandversuch am nur lösungsgeglühten Blech. Eine zusätzliche Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 980°C für 3 Stunden gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 247W bzw. 249W) hat keine merkliche Auswirkung auf die Bruchzeit tu, aber verringert die Zeitbruchdehnung Au b merklich. Dagegen erzeugt eine zusätzliche erfindungsgemäße Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 1100°C für 40 Minuten gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 250W bzw. 503W), jeweils eine deutliche Erhöhung der Bruchzeit tu um circa den Faktor 3 sowie eine Erhöhung der Zeitbruchdehnung Au b teilweise über den Wert, der nach dem Schweißen nicht geglühten Proben (Probe 302W bzw. 303W). Insbesondere erzeugt eine zusätzliche erfindungsgemäße Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 1100°C für 3 Stunden gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 511W bzw. 506W) jeweils eine weitere Erhöhung der Bruchzeit tu sowie eine Erhöhung der Zeitbruchdehnung Au bfast auf den Wert des Zeitstandversuches am nur lösungsgeglühten nicht-geschweißten Blech (Probe 19 23B bzw. 19 7B).From Table 5 it can be seen that in creep tests at 600 ° C, an additional annealing at 980 ° C for 3 hours followed by air cooling (
Bei 700°C zeigt ein Zeitstandversuch (Probe 306W) quer zur Schweißnaht ohne eine weitere Glühung (Stand der Technik T) ebenfalls wie bei 600°C eine verringerte Bruchzeit tu im Vergleich zum Zeitstandversuch am nur lösungsgeglühten Blech (Probe 30 34B). Eine zusätzliche Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 980°C für 3 Stunden gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 248W) erzeugt wiederum eine leichte Verringerung der Bruchzeit tu im Vergleich zur nicht nach dem Schweißen geglühten Probe 306W. Dagegen erzeugt eine zusätzliche erfindungsgemäße Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 1100°C für 40 Minuten gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 251 W) eine Erhöhung der Bruchzeit tu um circa den Faktor 2 sowie eine Erhöhung der Zeitbruchdehnung Au b deutlich über den Wert der nicht nach dem Schweißen geglühten Probe (306W). At 700°C, a creep test (sample 306W) transverse to the weld seam without further annealing (state of the art T) also shows, as at 600°C, a reduced fracture time t u compared to the creep test test on sheet metal that was only solution annealed (
Insbesondere erzeugt eine zusätzliche erfindungsgemäße Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 1100°C für 3 Stunden gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 253W) eine weitere Erhöhung der Bruchzeit tu über die Bruchzeit des Zeitstandversuches am nur lösungsgeglühten Blech hinaus.In particular, an additional annealing according to the invention of the welded section from which the creep samples are made at 1100 ° C for 3 hours followed by air cooling (sample 253W) produces a further increase in the fracture time t u beyond the fracture time of the creep test on the only solution-annealed sheet.
Bei 800°C erzeugt eine zusätzliche Glühung bei 980°C für 3 Stunden gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 19 49B) von einem lösungsgeglühten Blech eine ähnliche Bruchzeit tu im Vergleich zum nur lösungsgeglühten Blech (Probe 19 22B). Auch ein Zeitstandversuch (Probe 309W) quer zur Schweißnaht ohne eine weitere Glühung (Stand der Technik T) hat eine ähnliche Bruchzeit tu im Vergleich zum Zeitstandversuch am nur lösungsgeglühten Blech (Probe 19 22B). Eine zusätzliche Glühung des geschweißten Abschnittes, aus dem die Zeitstandproben gefertigt werden, bei 1100°C für 40 Minuten gefolgt von einer Luftabkühlung (Probe 519W) erzeugt ebenfalls eine ähnliche Bruchzeit tu im Vergleich zum Zeitstandversuch am nur lösungsgeglühten Blech (Probe 19 22B).At 800°C, additional annealing at 980°C for 3 hours followed by air cooling (
Das bedeutet eine Wärmebehandlung der Schweißnaht nach dem Schweißen bei 1100°C für mindestens 40 Minuten verbessert erfindungsgemäß die Bruchzeit und die Zeitbruchdehnung einer Zeitstandprobe quer zur Scheißnaht bei Temperaturen von 600 und 700°C und damit im Bereich der γ'-Bildung deutlich. Bei höheren Temperaturen oberhalb der γ'-Solvus-Temperatur hat die ungeglühte Schweißnaht eine ähnliche bis bessere Bruchzeit tu im Vergleich zum nur lösungsgeglühten Blech. Eine Glühung der Schweißnaht beeinflusst die Bruchzeit bei Einsatztemperaturen oberhalb der γ'-Solvus-Temperatur nur unwesentlich.This means that heat treatment of the weld seam after welding at 1100 ° C for at least 40 minutes improves, according to the invention, the fracture time and the rupture elongation of a creep test transverse to the weld seam at temperatures of 600 and 700 ° C and thus significantly in the area of γ 'formation. At higher temperatures above the γ'-solvus temperature, the unannealed weld seam has a similar to better fracture time t u compared to the solution-annealed sheet metal. Annealing the weld seam only has a negligible effect on the fracture time at operating temperatures above the γ'-solvus temperature.
Die beanspruchten Grenzen für das Verfahren und die in dieser Erfindung verwendeten Nickel-Chrom-Aluminium Legierung Alloy NiCrAI-H, lassen sich daher im Einzelnen wie folgt begründen:
- Zu geringe Chromgehalte bedeuten, dass die Chromkonzentration unterhalb der Oxidschicht beim Einsatz der Legierung in einer korrosiven Atmosphäre sehr schnell unter die kritische Grenze sinkt, so dass sich keine geschlossene Chromoxidschicht mehr bilden kann.
Deshalb ist 18 % Chrom die untere Grenze für Chrom. Zu hohe Chrom Gehalte verschlechtern die Phasenstabilität der Legierung, insbesondere bei den hohen Aluminiumgehalten von ≥ 1,8 %. Deshalb ist 33 % Chrom als obere Grenze anzusehen.
- If the chromium content is too low, the chromium concentration below the oxide layer drops very quickly below the critical limit when the alloy is used in a corrosive atmosphere, so that a closed chromium oxide layer can no longer form. Therefore, 18% chromium is the lower limit for chromium. Chromium contents that are too high impair the phase stability of the alloy, especially with high aluminum contents of ≥ 1.8%. Therefore, 33% chromium is to be regarded as the upper limit.
Die Bildung einer Aluminiumoxidschicht unterhalb der Chromoxidschicht verringert die Oxidationsrate. Unterhalb von 1,8 % Aluminium ist die Aluminiumoxidschicht zu lückenhaft, um ihre Wirkung voll zu entfalten. Zu hohe Aluminiumgehalte beeinträchtigen die Verarbeitbarkeit der Legierung. Deshalb bildet ein Aluminiumgehalt von 4,0 % die obere Grenze.The formation of an aluminum oxide layer beneath the chromium oxide layer reduces the oxidation rate. Below 1.8% aluminum, the aluminum oxide layer is too patchy to develop its full effect. Too high aluminum contents impair the processability of the alloy. Therefore, an aluminum content of 4.0% is the upper limit.
Die Kosten für die Legierung steigen mit der Reduzierung des Eisen Gehalts. Unterhalb von 0,01 % steigen die Kosten überproportional, da spezielles Vormaterial eingesetzt werden muss. Deshalb ist 0,01 % Eisen aus Kostengründen als untere Grenze anzusehen. Mit Erhöhung des Eisengehalts verringert sich die Phasenstabilität (Bildung von versprödenden Phasen), insbesondere bei hohen Chrom- und Aluminiumgehalten. Deshalb ist 7 % Eisen eine sinnvolle obere Grenze um die Phasenstabilität der erfindungsgemäßen Legierung sicher zu stellen.The cost of the alloy increases as the iron content is reduced. Below 0.01% the costs increase disproportionately because special raw materials have to be used. Therefore, 0.01% iron is to be viewed as the lower limit for cost reasons. As the iron content increases, the phase stability decreases (formation of embrittling phases), especially with high chromium and aluminum contents. Therefore, 7% iron is a sensible upper limit to ensure the phase stability of the alloy according to the invention.
Silizium wird bei der Herstellung der Legierung benötigt. Es ist deshalb ein Mindestgehalt von 0,001 % notwendig. Zu hohe Gehalte wiederum beeinträchtigen die Verarbeitbarkeit und die Phasenstabilität, insbesondere bei hohen Aluminium- und Chromgehalten. Der Silizium-Gehalt ist deshalb auf 0,50 % beschränkt.Silicon is required in the production of the alloy. A minimum content of 0.001% is therefore necessary. Contents that are too high, in turn, affect the processability and phase stability, especially with high aluminum and chromium contents. The silicon content is therefore limited to 0.50%.
Es ist ein Mindestgehalt von 0,001 % Mangan zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit notwendig. Mangan wird auf 2,0 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.A minimum content of 0.001% manganese is necessary to improve processability. Manganese is limited to 2.0% because this element reduces resistance to oxidation.
Titan steigert die Hochtemperaturfestigkeit. Ab 0,60 % kann das Oxidationsverhalten verschlechtert werden, weshalb 0,60 % der Maximalwert ist.Titanium increases high temperature strength. From 0.60% the oxidation behavior can deteriorate, which is why 0.60% is the maximum value.
Schon sehr geringe Magnesium Gehalte und/oder Kalzium Gehalte verbessern die Verarbeitung durch das Abbinden von Schwefel, wodurch das Auftreten von niedrig schmelzenden NiS-Eutektika vermieden wird. Bei zu hohen Gehalten können intermetallische Ni-Mg-Phasen bzw. Ni-Ca-Phasen auftreten, die die Verarbeitbarkeit wieder deutlich verschlechtern. Der Magnesium-Gehalt und/oder Kalzium-Gehalt wird deshalb auf maximal 0,05 % begrenzt.Even very low magnesium contents and/or calcium contents improve processing by binding sulfur, which prevents the occurrence of low-melting NiS eutectics. If the content is too high, intermetallic Ni-Mg phases or Ni-Ca phases can occur, which significantly worsen the processability. The magnesium content and/or calcium content is therefore limited to a maximum of 0.05%.
Es ist ein Mindestgehalt von 0,005 % Kohlenstoff für eine gute Kriechbeständigkeit notwendig. Kohlenstoff wird auf maximal 0,12 % begrenzt, da dieses Element ab diesem Gehalt die Verarbeitbarkeit durch die übermäßige Bildung von Primärkarbiden reduziert.A minimum carbon content of 0.005% is necessary for good creep resistance. Carbon is limited to a maximum of 0.12%, as above this level this element reduces processability due to the excessive formation of primary carbides.
Es ist ein Mindestgehalt von 0,0005 % Stickstoff erforderlich, wodurch die Verarbeitbarkeit des Werkstoffs verbessert wird. Stickstoff wird auf maximal 0,05 % begrenzt, da dieses Element durch die Bildung von groben Karbonitriden die Verarbeitbarkeit reduziert.A minimum nitrogen content of 0.0005% is required, which improves the processability of the material. Nitrogen is limited to a maximum of 0.05% because this element reduces processability through the formation of coarse carbonitrides.
Der Sauerstoffgehalt muss ≤ 0,020 % sein, um die Herstellbarkeit der Legierung zu gewährleisten. Ein zu geringer Sauerstoff-Gehalt erhöht die Kosten. Der Sauerstoff-Gehalt ist deshalb ≥ 0,0001 %.The oxygen content must be ≤ 0.020% to ensure the alloy can be manufactured. Too low an oxygen content increases costs. The oxygen content is therefore ≥ 0.0001%.
Der Gehalt an Phosphor sollte kleiner gleich 0,030 % sein, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt. Ein zu niedriger Phosphor-Gehalt erhöht die Kosten. Der Phosphor-Gehalt ist deshalb ≥ 0,001 %.The phosphorus content should be less than or equal to 0.030%, as this surface-active element impairs oxidation resistance. Too low a phosphorus content increases costs. The phosphorus content is therefore ≥ 0.001%.
Die Gehalte an Schwefel sollten so gering wie möglich eingestellt werden, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt. Es werden deshalb max. 0,010 % Schwefel festgelegt.Sulfur contents should be kept as low as possible since this surface-active element impairs oxidation resistance. A maximum of 0.010% sulfur is therefore specified.
Molybdän wird auf max. 2,0 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.Molybdenum is limited to a maximum of 2.0% as this element reduces oxidation resistance.
Wolfram wird auf max. 2,0 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit ebenfalls reduziert.Tungsten is limited to a maximum of 2.0% as this element also reduces oxidation resistance.
Nickel ist das Restelement. Ein zu geringer Nickelgehalt verringert die Phasenstabilität, insbesondere bei hohen Chromgehalten. Nickel muss deshalb größer gleich 50 % sein.Nickel is the remaining element. Too low a nickel content reduces phase stability, especially at high chromium contents. Nickel must therefore be greater than or equal to 50%.
Für hoch korrosive Bedingungen, aber insbesondere für eine gute „Metal Dusting“ Beständigkeit ist es vorteilhaft, wenn die folgende Beziehung zwischen Cr und Al erfüllt ist:
Darüber hinaus muss die folgende Beziehung erfüllt sein, damit eine ausreichende Phasenstabilität gegeben ist:
Bedarfsweise kann mit Zusätzen von sauerstoffaffinen Elementen wie zum Beispiel Yttrium, Lanthan, Cer, Cer Mischmetall, Zirkon, Hafnium die Oxidationsbeständigkeit weiter verbessert werden. Sie tun dies, indem sie in die Oxidschicht mit eingebaut werden und dort auf den Korngrenzen die Diffusionswege des Sauerstoffs blockieren.If necessary, the oxidation resistance can be further improved with the addition of oxygen-affinous elements such as yttrium, lanthanum, cerium, cerium mixed metal, zirconium, hafnium. They do this by being incorporated into the oxide layer and blocking the diffusion paths of oxygen on the grain boundaries.
Yttrium steigert die Oxidationsbeständigkeit. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % gelegt.Yttrium increases oxidation resistance. The upper limit is set at 0.20% for cost reasons.
Lanthan steigert die Oxidationsbeständigkeit. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % gelegt.Lanthanum increases oxidation resistance. The upper limit is set at 0.20% for cost reasons.
Cer steigert die Oxidationsbeständigkeit. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % gelegt.Cerium increases oxidation resistance. The upper limit is set at 0.20% for cost reasons.
Cer Mischmetall steigert die Oxidationsbeständigkeit. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % gelegt.Cerium mixed metal increases oxidation resistance. The upper limit is set at 0.20% for cost reasons.
Bedarfsweise kann Niob zugefügt werden, da auch Niob die Hochtemperaturfestigkeit steigert. Höhere Gehalte erhöhen die Kosten sehr stark. Die Obergrenze wird deshalb auf 1,10 % festgesetzt.If necessary, niobium can be added, as niobium also increases high-temperature strength. Higher salaries increase costs significantly. The upper limit is therefore set at 1.10%.
Bedarfsweise kann die Legierung auch Tantal enthalten, da auch Tantal die Hochtemperaturfestigkeit und die Oxidationsbeständigkeit steigert. Höhere Gehalte erhöhen die Kosten sehr stark. Die Obergrenze wird deshalb auf 0,60 % festgesetzt. Es ist ein Mindestgehalt von 0,001 % erforderlich, um eine Wirkung zu erzielen.If necessary, the alloy can also contain tantalum, since tantalum also increases high-temperature strength and oxidation resistance. Higher salaries increase costs significantly. The upper limit is therefore set at 0.60%. A minimum level of 0.001% is required to have an effect.
Bedarfsweise kann die Legierung auch Zirkon enthalten. Zirkon steigert die Hochtemperaturfestigkeit und die Oxidationsbeständigkeit. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % Zirkon gelegt.If necessary, the alloy can also contain zirconium. Zirconium increases high-temperature strength and oxidation resistance. For cost reasons, the upper limit is set at 0.20% zirconium.
Bedarfsweise kann die Legierung auch Hafnium enthalten. Hafnium steigert die Hochtemperaturfestigkeit und die Oxidationsbeständigkeit. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % Hafnium gelegt.If necessary, the alloy can also contain hafnium. Hafnium increases high-temperature strength and oxidation resistance. For cost reasons, the upper limit is set at 0.20% hafnium.
Bedarfsweise kann der Legierung Bor zugesetzt werden, da Bor die Kriechbeständigkeit verbessert. Deshalb sollte ein Gehalt von mindestens 0,0001 % vorhanden sein. Gleichzeitig verschlechtert dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit. Es werden deshalb max. 0,008 % Bor festgelegt.If necessary, boron can be added to the alloy because boron improves creep resistance. Therefore there should be a content of at least 0.0001%. At the same time, this surface-active element impairs the oxidation resistance. A maximum of 0.008% boron is therefore specified.
Kobalt kann in dieser Legierung bis zu 5,0 % enthalten sein. Höhere Gehalte reduzieren die Oxidationsbeständigkeit merklich.Cobalt can be contained in this alloy up to 5.0%. Higher contents noticeably reduce the oxidation resistance.
Kupfer wird auf max. 0,5 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.Copper is limited to a maximum of 0.5% as this element reduces resistance to oxidation.
Vanadium wird auf max. 0,5 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.Vanadium is limited to a maximum of 0.5% as this element reduces oxidation resistance.
Blei wird auf max. 0,002 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Das Gleiche gilt für Zink und Zinn.Lead is limited to a maximum of 0.002% as this element reduces resistance to oxidation. The same applies to zinc and tin.
Zu kleine Korngrößen von kleiner 30 µm führen zu einer schlechten Kriechfestigkeit bei höheren Temperaturen. Zu große Korngrößen von größer 600 µm führen zu einer sehr geringen Kriechduktilität bei Temperaturen im Bereich der γ'-Bildung.Grain sizes of less than 30 µm that are too small lead to poor creep resistance at higher temperatures. Excessively large grain sizes of greater than 600 µm lead to very low creep ductility at temperatures in the range of γ' formation.
Eine Homogenisierung der Schweißnähte und/oder zur Verringerung von Spannungen durch eine Glühung zwischen größer 980 und 1250°C für Zeiten von 0,05 Minuten bis zu 24 Stunden, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft, verbessert die Kriechfestigkeit und die Kriechduktilität der Schweißnähte im Bereich der γ'-Bildung. Bei einer zu geringen Temperatur kleiner gleich 980°C ist die Temperatur zu gering, so dass sich eine Homogenisierung auf Grund der benötigten langen Zeiten nicht wirtschaftlich durchführen lässt. Bei einer Temperatur deutlich über der Lösungsglühung tritt merkliches Kornwachstum auf, was die Warmfestigkeit bei tiefen Temperaturen sowie die Dehnung im Zeitstandversuch im Bereich der γ'- Bildung verringert. Kurze Zeiten unterhalb von 0,05 Minuten sind selbst bei sehr hohen Temperaturen nicht ausreichend. Zeiten länger als 24 Stunden sind unwirtschaftlich, insbesondere bei größeren Bauteilen.Homogenization of the weld seams and/or to reduce stresses by annealing between greater than 980 and 1250°C for times of 0.05 minutes up to 24 hours, followed by cooling in stationary protective gas or air, moving (blown) protective gas or air , improves the creep strength and creep ductility of the weld seams in the area of γ' formation. If the temperature is less than or equal to 980°C, the temperature is too low so that homogenization cannot be carried out economically due to the long times required. At a temperature well above solution annealing, noticeable grain growth occurs, which reduces the high-temperature strength at low temperatures and the elongation in the creep test in the area of γ' formation. Short times below 0.05 minutes are not sufficient even at very high temperatures. Times longer than 24 hours are uneconomical, especially for larger components.
Eine Glühung unter Schutzgas verringert die Oxidation des Werkstoffes während der Glühung und damit einen Materialverlust. Annealing under inert gas reduces oxidation of the material during annealing and thus material loss.
FigurenbeschreibungCharacter description
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1a : Links: Skizzen in Aufsicht und Querschnitt der Halbzeugformen Blech (, Band 2, Stange 3 Rohr 4, und Draht bzw. Schweißzusatz in Drahtform 5. Rechts: Beispielhafte Herstellung eines Bauteils 7 durch Anfasen zweier Bleche 1a, 1b und Fügen durch Schmelzschweißen mit einem Schweißzusatz in Drahtform 5 mittels einer V-Naht 6a.1a : Left: Top view and cross-section sketches of the semi-finished sheet metal forms (,band 2,rod 3,tube 4, and wire or welding filler inwire form 5. Right: Example of production of acomponent 7 by chamfering two sheets 1a, 1b and joining them by fusion welding with one Welding filler inwire form 5 using a V-seam 6a. -
1b : Beispielhafte Herstellung von Bauteilen 7. Links: Anfasen zweier Rohre an einem Ende 4a, 4b und Fügen durch Schmelzschweißen mit einem Schweißzusatz in Drahtform 5 mittels einer V-Naht 6b. Mitte: Fräsen eines Loches in ein Blech 1c und Einsetzen und Fügen eines Rohres 4c durch Schmelzschweißen mit einem Schweißzusatz in Drahtform 5 mittels einer Kehlnaht 6c. Rechts: Fügen von zwei mit den Kanten passend gearbeiteten Bandabschnitten 2a, 2b mit einem Teil der Kanten als Schweißzusatz 9 auf Stoß durch Schmelzschweißen 6d.1b : Exemplary production ofcomponents 7. Left: Chamfering two pipes at one 4a, 4b and joining them by fusion welding with a welding filler inend wire form 5 using a V-seam 6b. Middle: Milling a hole in a sheet 1c and inserting and joining apipe 4c by fusion welding with a welding filler inwire form 5 using afillet weld 6c. Right: Joining two 2a, 2b with the edges to fit with part of the edges as astrip sections welding filler 9 butt-jointed byfusion welding 6d. -
2 : Metallverlust durch „Metal Dusting“ als Funktion des Aluminium- und Chromgehaltes in einem stark aufkohlenden Gas mit 37 % CO, 9 % H2O, 7 % CO2, 46 % H2 sowie den folgenden Aktivitäten ac = 163 und p(02) = 2,5 · 10-27. (aus (Hermse, C.G.M. and van Wortel, J.C.: Metal dusting: relationship between alloy composition and degradation rate. Corrosion Engineering, Science and Technology 44 (2009), p. 182 - 185).2 : Metal loss through “metal dusting” as a function of the aluminum and chromium content in a highly carburizing gas with 37% CO, 9% H 2 O, 7% CO 2 , 46% H 2 and the following activities a c = 163 and p( 0 2 ) = 2.5 · 10 -27 . (from (Hermse, CGM and van Wortel, JC: Metal dusting: relationship between alloy composition and degradation rate. Corrosion Engineering, Science and Technology 44 (2009), p. 182 - 185). -
3 : Mengenanteile der Phasen im thermodynamischen Gleichgewicht in Abhängigkeit von der Temperatur von Alloy 690 (N06690) am Beispiel der Charge 111389.3 : Quantity proportions of the phases in thermodynamic equilibrium depending on the temperature of Alloy 690 (N06690) using the example of batch 111389. -
4 : Mengenanteile der Phasen im thermodynamischen Gleichgewicht in Abhängigkeit von der Temperatur von Alloy 693 (N06693) am Beispiel von Alloy 3 aus Tabelle 2.4 : Quantity proportions of the phases in thermodynamic equilibrium depending on the temperature of Alloy 693 (N06693) using the example ofAlloy 3 from Table 2. -
5 : Mengenanteile der Phasen im thermodynamischen Gleichgewicht in Abhängigkeit von der Temperatur von Alloy 693 (N06693) am Beispiel von Alloy 10 aus Tabelle 2.5 : Quantity proportions of the phases in thermodynamic equilibrium depending on the temperature of Alloy 693 (N06693) using the example ofAlloy 10 from Table 2.
Tabelle 4: Schweißparameter für die Verschweißung der 16 mm dicken Bleche (Charge 319144) mit Schweißstäben aus Charge 318385, der in dieser Erfindung verwendeten Nickel-Chrom-Aluminium Legierung Alloy NiCrAI-H.
Tabelle 5: Ergebnisse der Zeitstandversuche gemäß DIN EN ISO 204 an i) 25 mm dicken lösungsgeglühten Blechen (1100°C / 40 min / LK, Korngröße 89 µm) der Charge 319144 (BM) und ii) mit Schweißstäben aus Charge 318385 geschweißten 16 mm dicken, lösungsgeglühten Blechen (1100°C / 40 min/ LK, Korngröße 82 µm) der Charge 319144 (S). LK = Luftabkühlung.*) Bruch an der Schulter, nicht messbar, **) Probe läuft noch. E = Erfindungsgemäß; T = Stand der Technik.
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