DE1038081B

DE1038081B - Austenitische Stahllegierungen zur Verwendung bei hohen Temperaturen

Info

Publication number: DE1038081B
Application number: DEB35655A
Authority: DE
Inventors: Harold Donaldson Newell
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1954-05-06
Filing date: 1955-05-06
Publication date: 1958-09-04

Description

Gegenstand der Erfindung sind austenitische Stahllegierungen von der Art des rostfreien Stahls, insbesondere schmiedbare austenitische rostfreie Stahllegierungen mit guten langwährenden Wärmebeständigkeitseigenschaften und Oxydationswiderstand bei erhöhten Temperaturen und Belastungen.

Die Legierungen nach der Erfindung eignen sich besonders für Überhitzerröhren, Rohre oder Leitungen zum Erhitzen und Leiten von Dampf und Flüssigkeiten bei hohen Temperaturen und hohen Drücken. Sie können auch bei anderen Teilen Verwendung finden, z. B. für Ventile, Schmiedestücke, Armaturen, und auf anderen Gebieten, wo ebenfalls erhöhte Hitzebeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation erforderlich sind. Die wesentlich verbesserte Wärmebeständigkeit gegenüber den bekannten und bisher verwendeten rostfreien Stählen in Verbindung mit der Möglichkeit, die Legierungen nach üblichen Verfahren zu Rohren u. dgl. zu verarbeiten, bringt Vorteile, die bisher bei den in der Technik verwendeten rostfreien Stählen nicht möglich waren und bei höher legierten Werkstoffen, wie sie für Gasturbinen, Düsenmaschinen usw. verwendet werden, wirtschaftlich und praktisch nicht durchgeführt werden konnten.

Die Dampftemperaturen haben sich auf dem Gebiet der Energieerzeugung in den letzten Jahren auf 575 bis 600° C am Turbineneingang erhöht. Diese Temperaturerhöhung gewährleistet eine gesteigerte Wirksamkeit bei der Umwandlung von Brennstoff in, elektrische Energie. Gleichzeitig sind die Drücke auf 180 kg/cm² und mehr gestiegen. Die vereinte Wirkung von erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck setzen die Legierungen, welche beim Erhitzen, und Befördern der überhitzten Flüssigkeit verwendet werden, einer beträchtlich größeren Beanspruchung aus. In den Überhitzerteilen von Boilern, die der Hitzeeinwirkung ausgesetzt sind, war es bisher üblich, Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Molybdän- und ferritische Chrom-Molybdän-Stähle für die Zonen niedrigerer Temperatur und rostfreie Stähle, wie 18-8 AISI Typ 304, 18-8-Ti AISI Typ 321 und 18-8-Cb AISI Typ 347, in den heißen Zonen, zu verwenden. Der Dampf, der erhitzt wird, hat eine niedrigere Temperatur als der Werkstoff dieser Rohre. Infolgedessen sind diese aus rostfreiem Stahl sehr lange Zeit in Verbrennungsatmosphären hohen Temperaturen unter Druckbelastung ausgesetzt. Die Temperatur in diesen austenitischen Stählen liegt im allgemeinen zwischen etwa 600 und etwa 675° C. Weisen diese austenitischen Chrom-Nickel-Stähle sowohl gegenüber Dampf als auch gegenüber Verbrennungsgasen genügend Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation bei diesen Temperaturen auf, so sind andererseits nach den Bestimmungen des »Power Boiler Code« der American Austenitische Stahllegierungen zur Verwendung bei hohen Temperaturen

Anmelder:

The Babcock Sd Wilcox Company, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte, München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 6. Mai 1954

Harold Donaldson Newell, Beaver Falls, Pa. {V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Society of Mechanical Engineers außergewöhnlich schwere Metallabschnitte erforderlich. Infolgedessen sind Rohre mit starken. Wandungen nötig, was erhöhte Ausrüstungskosten erfordert und die Wärmeübertragung vermindert. Auf der anderen Seite entstehen hohe Temperaturunterschiede zwischen der inneren und der äußeren Rohrfläche. Die geringe lichte Weite der Rohrleitung verursacht überdies einen unerwünschten Druckabfall durch den Boiler. Derartige rostfreie Stähle arbeiten nun an ihrer äußersten Temperaturgrenze und führen, wie bereits gesagt, zu Druckabfall und großen Temperaturunterschieden.

Die Ausmaße solcher Rohranlagen haben nunmehr ein. D-f-Verhältnis erreicht, d. h. ein Verhältnis von äußerem Rohrleitungsdurchmesser zur Wandungsstärke, das eine weitere Verdickung der Wände in technischer Hinsicht unpraktisch macht. Jeglicher weitere Anstieg der gesamten Dampftemperatur zum Zwecke einer besseren thermischen Wirksamkeit im Dampfzyklus erfordert daher Rohre, die eine höhere Belastungsfähigkeit bei langer Lebensdauer in einer Boilerausrüstung haben. Ähnlich verhält es sich in der

809 600/335

3 4

chemischen und mineralogisch-chemischen Industrie, genannten Sigma-Bestandteils (sigma-constituent) wo höhere Drücke und höhere Temperaturen ebenfalls hervorrufen, wodurch die für den hier verfolgten zur Erzielung einer längeren Lebensdauer und zum Zweck vorteilhaften Eigenschaften beeinträchtigt wirtschaftlichen Arbeiten stärkere Metalle erfordern. wurden. In den Bereich des genannten USA.-Patentes Ferner ist eine solche Legierung bei Atomkraft- 5 würden auch aus zwei Phasen bestehende austenitische anlagen von Vorteil. Ferritlegierungen fallen, die keine genügende Hitze-In den letzten Jahren wurden viele außerordentlich beständigkeit besitzen, innerhalb des weiten Bereiches hochhitzebeständige Legierungen auf der Basis von von 12 bis 30% Chrom und 3 bis 20% Nickel zuNickel oder Kobalt für Düsenmotoren, Gasturbinen sammen mit bestimmten vorgeschriebenen Mengen und Turbolader entwickelt. Einige hochfeste Legie- io von Wolfram, Molybdän und Colubium (Niob), rungen auf Eisengrundlage wurden ebenfalls ent- Ferner sind die Versuchslegierungen nach dem wickelt und dort als Bestandteile verwendet, wo die USA.-Patent alle auf einen Kohlenstoffgehalt von Temperatur- und Druckverhältnisse weniger kritisch 0,35 bis 0,60% beschränkt, der für Kraftfahrzeugsind. Diese Legierungen sind allgemein als »Super- ventile oder Turbinenschaufeln geeignet sein mag, legierungen« bekannt und werden z. B. für Turbinen- 15 jedoch für die Herstellung von Rohranlagen mit den schaufeln, Propellerflügel, Turbinenräder, Verbren- Ausmaßen und in den Mengen, wie sie nach der Ernungskammern, Nachbrenner (afterburners) und findung benötigt werden, zu hoch und völlig ungeeig-Ventile verwendet. In der Regel sind sie schwer zu net ist.

schmieden, herzustellen und maschinell zu verarbeiten. Gegenstand der Erfindung ist also, eine neue Einige der am schwersten schmelzbaren werden nur ao austenitische Stahllegierung mit größerer Hitzein gegossenem Zustand verwendet. Die Superlegie- beständigkeit als bei den üblichen rostfreien Stählen rungen haben große Gehalte teurer und wichtiger vorzuschlagen, welche sich für Rohranlagen und an-Legierungselemente und sind mit normalen Mitteln dere dem Druck oder Belastungen ausgesetzte Teile nicht zu langen Rohren, die in Dampfkesseln oder in bei hohen Temperaturen arbeitenden Anlagen verentsprechenden Anlagen erforderlich sind, zu verar- 25 schiedenster Art eignen.

beiten. Sie sind zu teuer, um in den bei Dampfkesseln Die Figur stellt ein Diagramm dar, das die Dauerfür die Energieerzeugung benötigten Mengen, bei Standfestigkeit für 10 000 Stunden von verschiedenen denen eine Einrichtung 20 bis 35 t solcher Rohre be- Stahlproben gemäß der Erfindung im Vergleich zu nötigt, verwendet zu werden, selbst wenn solche hoch- den üblichen rostfreien Stählen zeigt,
legierten Rohre in geeigneter Form entsprechendem 3° Legierungen für den beabsichtigten Zweck, welche Ausmaß erhältlich wären. Als Beispiel für derartige bei Temperaturen von etwa 625 bis 825° C verwendet kostspielige Superlegierungen seien erwähnt »In- werden können, liegen innerhalb des folgenden Bereiconel X«, »Nimonic 80« und »90«, »Hastelloy B«, ches für die Zusammensetzung in %:
»S-816«, »S-590«, »Refractaloy 26« und »70«,

»V-36«, »N-155«. Bestimmte Legierungen auf Eisen- 35 Chrom 13,50 bis 18,00

grundlage mit guten Festigkeitseigenschaften, wie Nickel 13,50 bis 16,50

16-25-6, »Discaloy 24«, »S-495« u. a. eignen sich nicht Molybdän 1,00 bis 2,00

zur Herstellung von Rohren durch Ausbohren oder Wolfram 1,00 bis 2,00

haben bestimmte unerwünschte Eigenschaften hin- Niob oder Tantal bzw.

sichtlich der Kosten oder des Abblätterns in bestimm- 40 Niob + Tantal 0,50 bis 1,50

ten Atmosphären oder sind aus einem anderen Grunde Kohlenstoff 0,06 bis 0,18

für den bei der Erfindung verfolgten Zweck ungeeignet. Stickstoff 0,15 Höchstwert

In USA.-Patentschrift 2 537 477 sind bestimmte Silicium 2,75 Höchstwert

Legierungen auf Eisenbasis beschrieben, die sich für Mangan 2,00 Höchstwert

mäßig schwere Beanspruchungen für Ventile und 45

Turbinenschaufeln eignen, jedoch ist der dort angege- Der Rest der Legierung besteht im wesentlichen

bene Bereich für die Legierungsbestandteile so groß, aus Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, wie

daß Legierungen vom Ferrittyp zu dem beanspruchten z. B. kleine Mengen Schwefel und Phosphor, die in

niedrigen Bereich führen würden, wobei Sprödigkeit handelsüblichen Legierungsstählen zu finden sind,

oder geringe Hitzebeständigkeit vorhanden sind. 50 In den Tabellen I sind die verschiedenen Gruppen

Andererseits würden die in dem höheren Bereich von Versuchslegierungen und üblichen rostfreien

liegenden Legierungen beträchtliche Mengen des so- Stählen zusammengestellt.

Tabelle I

Zusammensetzung von Versuchslegierungen und üblichen rostfreien Stählen
Gruppe I (Oxydations- und Alterungsversuche)

Schmelze Nr.	VoC	°/oMn	VoSi	VoCr	VoNi	Mo
2050	,082 ,088 ,080 ,082 ,076 ,08	,88 ,85 ,84 ,81 ,89 ,77	,79 ,39 ,53 ,52 ,56 ,43	15,60 15,95 15,75 16,04 16,32 15,38	15,32 15,52 15,34 16,40 14,44 20,40	1.44 1,10 1,98 2,49 2,17 4,21
2051
2052
2053
2054
2055 (a)

Schmelze Nr.

o/o Cb

ο/ο Ti

ο/ο Cu

% Zr

2050 1,00

2051 1,46

2052 1,58

2053 ...

2054 ...

2055 (a)

(a) In heißem Zustand enthaltene 0,27 % N2.

,50

,60

,25

,40

2,45

2,55 2,30 1,58

1,15

,40

1,07

Tabelle I
Gruppe II (Zerreißversuche)

Schmelze Nr.	Zerreißversuch Nr.	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo
2095	306 307 308 309 310	0,084 0,079 0,098 0,101 0,077	1,10 0,82 1,19 1,30 1,15	0,43 2,47 2,44 2,36 0,77	15,66 13,85 12,56 13,77 15,40	16,27 14,53 13,96 14,20 14,49	2,59 2,02 1,48 1,53 1,50
2084	311	0,067	1,05	0,71	15,27	15,54	1,50
2086	312	0,073	1,21	0,64	15,18	15,10	2,18
2088	313	0,082	1,20	0,51	16,35	14,50	2,13
2090	360	0,116 0,104 0,104 0,09	1,24 1,23 1,24 1,34	0,71 0,71 0,81 0,77	15,62 15,69 16,02 15,20	14,68 14,88 14,30 15,67	1,48 1,40 1,40 1,44
2092
2094
2096
RD 443
RD 444
RD 448
N 2575

Schmelze Nr.	Zerreißversuch Nr.	'/if	Cu	Nb	Nb+Ta	Ti	Zr
2095	306 307	—	2,50 2,31	—	0,83	—	0,50
2084	308 309 310 311 312 313 360	1,46 1,57 1,56 1,21 1,19 1,47 1,18 1,18 1,09	2,65 2,50 2,60 2,65	0,79	0,84 1,39 0,87 0,89 1,08 0,88 1,14	0,23 0,51
2086
2088
2090
2092	0,75 0,46
2094
2096
RD 443	—
RD 444
RD 448
N2575

Tabelle I
Gruppe III (üblicher rostfreier Stahl)

Legierung	Zerreißversuch Nr.	% C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo
18-8	304 301 300 283 302 303 305 284	0,076 0,06 0,058 0,064 0,07 0,07 0,07 0,084	1,81 1,77 1,68 1,70 1,73 1,62 1,68 2,00	0,39 0,50 0,24 0,47 0,43 0,51 2,11 0,31	18,54 17,88 17,29 17,37 16,88 17,17 18,12 24,80	10,04 12,28 12,44 12,92 13,44 14,96 12,78 20,95
18-8-Ti 18-8-Cb 18-8-Cb 16-13-3 16-13-3-Nb 18-8-Si 25-20	2,38 2,07

	7	»/ο W	Cu	Nb	δ	Ti	Zr
Legierung	Zerreißversuch Nr.	—	—	0,75 0,72 0,72	Nb+Ta	0,35	—
18-8 18-8-Ti 18-8-Cb 18-8-Cb 16-13-3 16-13-3-Nb 18-8-Si 25-20	304 301 300 283 302 303 305 284			—

Zirkon kann gegebenenfalls bis zu 1% zur Verbesserung der Hitzedehnungseigenschaften bei langwährender Belastung unter hohen Temperaturen vorhanden sein, Silicium hat eine ähnliche Wirkung wie Zirkon; in Fällen, in denen eine maximale Bruchdehnung unter Belastung erwünscht ist, kann der SiIiciumgehalt bis etwa 2,5 °/o vergrößert werden, wobei es eine Wirkung entwickelt, die der Zugabe von etwa 0,75% Zirkon in einer Legierung mit niedrigerem Siliciumgehalt entspricht. Der höhere Siliciumgehalt kann auch als ein teilweiser Ersatz für Chrom zur Erzielung von Oxydationsbeständigkeit dienen, insbesondere wenn das Chrom in einer Menge vorliegt, die nahe an der unteren Grenze, d.h. bei 13,50% liegt.

Der bevorzugte Legierungsbereich für Überhitzrohre u. dgl. innerhalb des vorher genannten Bereiches ist:

Chrom 14,75 bis 16,50

Nickel 14,00 bis 15,50

Molybdän 1,25 bis 1,85

Wolfram 1,25 bis 1,85

Niob oder Tantal

bzw. Niob + Tantal 0,80 bis 1,30

Mangan 1,00 bis 1,50

Silicium 0,75 Höchstwert

Kohlenstoff 0,08 bis 0,12

Stickstoff 0,15 Höchstwert

Eine bevorzugte Stahllegierung innerhalb dieses Bereiches hat die folgende Zusammensetzung in %:

Chrom 15,70

Nickel 15,66

Molybdän 1,44

Wolfram 1,09

Niob + Tantal 1,14

Kohlenstoff 0,10

Stickstoff 0,023

Silicium 0,70

Mangan 1,25

Die in Tabelle I angeführten Legierungen wurden zu Stangen geschmiedet und daraus Probestäbe hergestellt. Es wurden viele Versuche zur Ermittlung der Oxydationsbeständigkeit, des Alterungsverhaltens und sich über lange Zeiträume erstreckende Versuche zur Ermittlung der Dauerstandfestigkeit unternommen, welche sich bis zu 10000 Stunden und darüber erstreckten, und Vergleiche mit üblichen rostfreien Stählen angestellt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den Tabellen II und III wiedergegeben.

Tabelle II Zerreißfestigkeit

Schmelze Nr.

Zerreißversuch

Nr. Zerreißfestigkeit

nach 1000 Stunden

kg/cm*

Zerreißfestigkeit

nach 10 000 Stunden

kg/cm²

Dauer des

längsten Versuches

Stunden

N2575

18-8

18-8-Ti

18-8-Nb

2095

2084

2086

2088

2090

2092

2094

2096

N2575

*) Noch im Versuch.

Versuchslegierungen bei 650° C 360-A I 2,345 |

Üblicher rostfreier Stahl bei 650° C

2,030

5,088

304	1,505	1,085	1,155	14,544
301	1,645	1,085	1,120	13,507
300	1,855	1,190	1,190	8,499
Versuchslegierung bei 732° C	1,400
306	1,260	616	12,234
307	1,302	735	4,362
308	980	735	4,040
309	1,295	875	10,805
310	1,260	861	11,072
311	966	15,864*
312	665	7,224
313	735	9,238
360		3,360*

Tabelle II Zerreißfestigkeit

10

Schmelze Nr.

Zerreißversuch

Nr.

Zerreißfestigkeit

nach 1000 Stunden

kg/cm²

Zerreißfestigkeit

nach 10 000 Stunden

kg/cm²

Dauer des

längsten Versuches

Stunden

18-8

18-8-Ti

18-8-Cb

16-13-3

16-13-3-Nb

18-8-Si

25-20

2095

2084

2086

2088

2090

2092

2094

2096

N2575

18-8

18-8-Ti

18-8-Cb....

16-13-3

16-13-3-Nb

18-8-Si

2520

*) Noch im Versuch. !) Extrapoliert.

Üblicher rostfreier Stahl bei 732° C

283 302 303 305

284

560 595 875 805 805 675 672

Versuchslegierung bei 833° C

306 307 308 309 310 311 312 313 360

483 560 616 700 686 595 581 574 644

Üblicher rostfreier Stahl bei 833° C

302 420

303 343 305 392 284 336

420	⁵C	175 154 182	nicht	J Industriedurch-
336	231		( schnitt, geglüht
476	175	19,361
476	252	13,913
448	175	5,811
392		7,950
305		39,909*
189¹		1,437
371		17,816
364		15,527
476		22,357
343		10,621
399		6,215*
378		10,426
364		7,101
'Versuch noch		1,584
fertig)







I Industriedurch-
I schnitt, geglüht
5,853
5,168
5,655
6,310

Tabelle III Einfluß von Silizium und Zirkon auf die Dehnungswerte beim Zerreißen

Probe

Nr.

Versudistemperatur ⁰C

Zug kg/cm²

Stunden bis zum Zerreißen

Dehnung % in 2 Sekunden

Querschnittsabnahme °/o

Schmelze Nr. 310

Normal Silizium — kein Zirkon

Bemerkung: »Normaler Siliziumgehalt« sind etwa 0,75% des Maximalgehaltes an Silizium

310-1R-A

310-2R-A

310-3 R-A

310-4R-A

310-5R-A

310-6 R-A

310-7R-A

310-8R-A

310-9 R-A

310-lOR-A

735	1,540	68,2	36,0	47,2
735	1,330	588,3	11.5	20,9
735	1,190	2,429,1	2,5	3,8
735	1,050	4,207,1	4.5	6,2
735	840	11,072.1	0,5	3,0
815	840	417,8	7,0	19,6
815	630	1,444,8	1,5	4,6
815	525	3,418,9	. 2,0	7.8
815	420	4,762,3	5,5	3,8
815	336	10,620,9	0,6	0,1
				809 600/335

Probe
Nr.

Versuchstemperatur ⁰C

Zug kg/cm* Stunden
bis zum Zerreißen

Dehnung
°/o in 2 Sekunden

Querschnittsabnahme %

Schmelze Nr.

Hoher Siliziumgehalt — kein Zirkon
(»Hoher Siliziumgehalt« sind mehr als etwa 0,75% des Maximalgehaltes an Silizium)

309-1R-A .
309-2 R-A .
309-3 R-A .
309-10 R-A
309-4 R-A .
309-5 R-A .

309-6 R-A .

309-7 R-A .

309-8 R-A .

309-9 R-A .

312-1 R-A .
312-2 R-A .
312-3 R-A .
312-4 R-A .
312-5 R-A .
312-6 R-A .

312-7R-S .
312-9 R-S .
312-10R-S
312-11R-S

735	1,540	267,8	19,5	45,0
735	1,330	1,793,9	7,5	37,5
735	1,190	1,185,5	14,0	46,8
735	1,190	2,263,3	15,5	38,5
735	945	7,196,3	23,0	54,0
735	875	10,805,4	19,0	58,5
815	840	273,4	20,0	48,4
815	630	2,425,3	13,0	54,0
815	525	5,112,9	32,0	47,2
815	420	22,356,7	11,5	31,1

Schmelze Nr.

Normaler Siliziumgehalt — 0,75 °/o Zirkon (»Normaler Siliziumgehalt« sind etwa 0,75°/o des Maximalgehaltes an Silizium)

735	1,540	31,2	61,0	68,7
735	1.330	190,7	29,5	48,6
735	1.190	189,6	52,5	69,6
735	945	1,505,3	38,0	47,4
735	840	2,004,5	10,0	40,3
735	700	7,224,2	10,0	13,7
815	840	80,1	37,5	61,3
815	665	497,9	39,5	43,8
815	560	1.115.7	13,5	37.6
815	420	5,184.4	16,0	15.1

Bei Legierungen nach der Erfindung wird zur Erhöhung der Hitzefestigkeit das Molybdän teilweise durch Wolfram ersetzt und werden diese beiden Elemente miteinander mit Niob und/oder Tantal verwendet, wodurch ein »komplexer« Effekt entsteht, welcher größere Festigkeit zu verleihen scheint als die Verwendung von Molybdän allein in größerer Menge. Langwährende Festigkeit bei hohen Temperaturen (Dauerstandfestigkeit) wird den Legierungen unter anderem durch Veränderung der Zusammensetzung verliehen. Auf jeden Fall wird eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen in austenitischen Stählen auf Eisengrundlage zu einem verhältnismäßig niedrigen Preis und mit einem geringen Gehalt an wichtigen Elementen erzielt. Außerdem wird es ermöglicht, die Legierungen warm zu verarbeiten und zu den erforderlichen Gebilden zu formen.

Stickstoff und Kohlenstoff können ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden, so daß Ausscheidungen von Carbiden und Nitriden oder Carbonitriden erhalten werden. Diese Elemente sollen zusammen nur 0,20 % oder gegebenenfalls etwas mehr ausmachen. Größere Mengen können zu Schwierigkeiten beim Verarbeiten und zu Alterungserscheinungen während des Gebrauchs führen, welche einen zu großen Verlust der Stoßfestigkeit und Ziehbarkeit bewirken. Im allgemeinen wird Kohlenstoff vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,10 bis 0,12% und Stickstoff in einer etwas geringeren Menge verwendet. Der Stickstoff kann auf übliche Weise unter Verwendung von hohem Stickstoff-Ferrochrom während des Schmelzens des Metalls zugesetzt werden.

Die Legierungen nach der Erfindung sind nicht vollständig stabilisiert gegen interkristalline Korrosion, wie sie in wäßrigen Korrosionsumgebungen auftritt, da dies für die beabsichtigten Zwecke bei hohen Temperaturen nicht in so hohem Maß erforderlich ist. Niob und/oder Tantal wird im vorliegenden Fall vor allem wegen seiner wirksamen Förderung bei der Entwicklung von Hochtemperatureigenschaften verwendet und nicht wie üblich in rostfreien Stählen, der Typen 18-8-Ti oder 18-8-Nb zur Verhinderung von Schweißzerfall. Die üblichen Mengenverhältnisse von 8- oder lOmal soviel Kohlenstoff wie Nb und oder Ta sind nicht von großer Bedeutung, solange genügend von diesen Elementen vorhanden sind gemäß den vorher genannten Bereichen. In den Legierungen wurde Titan oder die Verwendung von Zirkon als solchem als Mittel zur Bildung von Nitriden und/oder Carbiden weggelassen; denn diese Stoffe sind weniger wirksam als Niob oder Tantal bzw. Mischungen von beiden zur Verbesserung der Festigkeit bei hohen Temperaturen. Außerdem neigen Titanverbindungen dazu, sich in dem Metall abzusondern und. somit zu einer Uneinheitlichkeit in den Eigenschaften führen, wodurch die Qualität des Produktes herabgemindert werden kann. Es kann jedoch Zirkon zugegeben oder der Siliciumgehalt erhöht werden, wenn man Legierungen wünscht, die eine maximale Widerstandsfähigkeit gegen ein Fließen in der Wärme bis zum Zerreißen haben. Die Wirkung von Silicium und Zirkon auf die Dehnung in der Wärme unter Zerreißl >elastung ist aus den in Tabelle III angeführten Bruchdehnungswerten zu ersehen. Kobalt wird im allgemeinen nicht mitverwendet mit Ausnahme der geringen Menge, die in dem bei der Herstellung der Legierung verwendeten Nickel enthalten sein. kann.

Die Legierungen nach der Erfindung werden im allgemeinen durch Schmelzen im elektrischen Lichtbogenofen unter Verwendung des üblichen Zweischlackenverfahrens zum Schmelzen und Raffinieren

hergestellt. Sie können auch im Induktionsofen aus ausgewählten Rohstoffen oder, falls Legierung höchster Reinheit gewünscht wird, unter Vakuum geschmolzen warden. Schwefel und Phosphor sollen nur in minimalsten Mengen, vorhanden sein, wie es bei gutem Legierungsstahl üblich ist; ihr Anteil soll jeweils nicht mehr als 0,045 % betragen, besser unter diesem Wert liegen. Mangan wird im allgemeinen in einer Menge von 1,0 bis 1,5% angewandt, um die Eigenschaften bei der Wärmeverarbeitung zu verbessern; seine Menge soll nicht mehr als 2,0% betragen. Sie kann unter bestimmten Umständen, z. B. bei der Verwendung in Atomkraftwerken, weniger als 1,0% ausmachen, wobei 0,75% das Minimum sein dürfte. Man kann Barren normaler Größe herstellen, beispielsweise mit einem Querschnitt von 47,5 · 47,5 cm bei einem Gewicht von etwa 2V2 t, welche geschmiedet und gewalzt werden können in ähnlicher Weise wie bei üblichen rostfreien Stählen,, wie z. B. 18-8-Nb, 16-13-3 und 25 Cr-20 Ni.

Dies wurde gezeigt durch die Herstellung von 241 der Legierung Nr. 310, welche zu Luppen und Stangen geschmiedet und gewalzt und anschließend durch Ausbohren und durch Strangpressen zu Rohren verarl>eitet wurden. Diese ganze Schmelze hatte einen Sollwert und einen Istwert wie folgt:

Chrom

Nickel

Molybdän

Wolfram

Niob

oder Tantal

oder Niob+ Tantal

Kohlenstoff

Stickstoff (N₂)

Silicium

Mangan

Schwefel

Phosphor

Sollwert

15.75

15,00

1,55

0,80
0,10

0.70

1,25

niedrig

Istwert

30

15,14 bis 15,26 15,66 bis 15,68

1,44

1,09

1,04

0,102

1,142
0,088 bis 0,092

0,023
0.75 bis 0,78

1.34

0,011

0,013

tür- und Beansprudhungsbedingungen die Verwendung geringerer Materialstärken zu als weniger feste Legierungsstähle. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, daß die Dampftemperatur nunmehr von den jetzt üblichen Bereichen bis auf 625 bis 675° C bei hohem Druck durch Verwendung der stärkeren Legierungen nach der Erfindung gesteigert werden kann, wodurch die Leistungsfähigkeit von Dampfkraftwerken bei der Erzeugung von elektrischer Energie verbessert wird. Die chemische Industrie sowie die Hersteller von mineralischen Chemikalien aus Petroleum oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen erhalten gemäß der Erfindung Werkstoffe, die einem Druckanstieg bei chemischen und thermischen Verfahren bei erhöhten Temperaturen standhalten. Schließlich können diese Vorteile bei einem nur bescheidenen Kostenanstieg und unter Verwendung einer äußerst geringen Menge wichtiger Legierungsmetalle erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Austenitische Stahllegierung zur Verwendung bei hohen Temperaturen, mit guter Hitzebeständigkeit bei Temperaturen zwischen etwa 600 und 800° C, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung :

0,06 bis 0,18% Kohlenstoff,

13,50 bis 18,00% Chrom,

bis 2,00% Mangan,

13,50 bis 16,50% Nickel,

1,00 bis 2,00% Molybdän,

1,00 bis 2,00% Wolfram,

bis 0,15% Stickstoff,

0,50 bis 1,50% Niob und/oder Tantal,

bis 2,75% Silizium,

Die Rohre wurden durch Kaltziehen und Kaltreduzieren, um zu den gewünschten Ausmaßen und Oberflächeneigenschaften zu kommen, in ihre endgültige Form gebracht. Zerreißversuche an dieser Schmelze (N 2575) zeigten, daß die Eigenschaften denen der ursprünglichen Proben im kleinen Maßstab (s. Tabellen I und II) gleichwertig waren.

Rohre aus der Legierung können gebogen und zu Uberhitzerelementen verarbeitet werden. Sie können auch mittels verschiedener Verfahren geschweißt werden unter Verwendung von im Handel erhältliehen hochlegierten Elektroden oder Elektroden, die aus den Legierungen selbst bestehen. Geeignete Flußmittelüberzüge sollen beim Schmelz -Li chtbogenschweißen vorgesehen werden.

Die Vorteile, die durch Verwendung der beschriebenen Erzeugnisse erhalten werden, wenn sie gemäß der Beschreibung hergestellt und behandelt werden, sind in der Beschreibungseinleitung eingehend dargelegt. Kurz gesagt ist es möglich, Rohre u. dgl. Behälter, Armaturen und andere Gegenstände herzustellen, die größere und länger anhaltende Hitzebeständigkeit unter langwährender Belastung oder Beanspruchung aufweisen, als man bei den üblichen rostfreien Stählen dies erhält. Die Legierungen nach der Erfindung lassen unter gleichwertigen Tempera-Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.

2. Die Verwendung einer austenitischen Stahllegierung mit

0,08 bis O,12*/o Kohlenstoff,

14,75 bis 16,50% Chrom,

1,00 bis 1,50·% Mangan,

14,00 bis 15,50% Nickel,

1,25 bis 1,85% Molybdän,

1,25 bis 1,85% Wolfram,

bis 0,15% Stickstoff,

0,80 bis 1,30% Niob und/oder Tantal,

bis 0,75% Silizium,

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Die Verwendung einer austenitischen Stahllegierung mit

0,10 % Kohlenstoff,

15,70 % Chrom,

1,25 % Mangan,

15,66 % Nickel,

1,44 % Molybdän,

1,09 % Wolfram,

0,023% Stickstoff,

1,14 % Niob und/oder Tantal,

0,70 % Silizium,

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Austenitische Stahllegierung nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch bis zu 1,0% Zr enthält.

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5. Die Verwendung einer Stahllegierung, wie 15,00% Nickel, sie im Anspruch 4 genannt ist, für den Zweck 1,55% Molybdän, nach Anspruch 1. 1,55% Wolfram,

6. Die Verwendung einer austenitischen Stahl- 0,80% Niob und/oder Tantal, legierung mit 5 0,70% Silizium,

0,10% Kohlenstoff,

15,75% Chrom, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen,

1,25% Mangan, für den Zweck nach Anspruch

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