DE1078775B

DE1078775B - Verwendung einer Legierung fuer Gegenstaende, die im Gebrauch der Beruehrung mit Kohlenstoff oder einer aufkohlenden Atmosphaere ausgesetzt sind

Info

Publication number: DE1078775B
Application number: DEM35623A
Authority: DE
Inventors: Edmond Norton Skinner
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1957-10-16
Filing date: 1957-10-16
Publication date: 1960-03-31

Description

Verwendung einer Legierung für Gegenstände, die im Gebrauch der Berührung mit Kohlenstoff oder einer aufkohlenden Atmosphäre ausgesetzt sind Gegenstände der verschiedensten Art sind oft im Gebrauch während längerer Zeit und bei hohen Temperaturen der Berührung mit Kohlenstoff oder einer aufkohlenden Atmosphäre ausgesetzt. Diese aufkohlenden Bedingungen können absichtlich, z. B. beim Härten des Stahles, oder zufällig, z. B. bei der Behandlung von kohlenstoffhaltigen Gasen und festen Körpern, geschaffen werden. Es ist bekannt, derartige Gegenstände aus Legierungen herzustellen, die hauptsächlich aus Nickel, -Eisen und Chrom bestehen. Die verwendeten Legierungen sollten widerstandsfähig gegen die Aufnahme von Kohlenstoff und frei von Versprödungserscheinungen nach einer längeren Erhitzung in dem Temperaturgebiet von 650 bis 900° C sein.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Legierungen, die Nickel, Chrom und Eisen in kritischen Mengen enthalten, den gestellten Anforderungen besser entsprechen, als die bisher verwendeten Legierungen. Die erfindungsgemäß verwendetenLegierungen enthalten 40 bis 50°/o (vorzugsweise 41 bis 47'°/o) Nickel und 27,5 bis 331/o (vorzugsweise 28 bis 32%) Chrom. Sie enthalten ferner bis zu 0,5% Kohlenstoff, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,2"lo Stickstoff und 0 bis 0;4% Kupfer, Rest Eisen mit Ausnahme der Verunreinigungen und zurückbleibenden Rückstände an Desoxydationsmitteln. Vorzugsweise soll der Kohlenstoffgehalt 0,2%, der Siliziumgehalt 0,75'% und der Mangangehalt 1% nicht übersteigen.
Es wurde gefunden, daß bei hitzebeständigen Legierungen, die unter gleichen Bedingungen aufkohlenden Einflüssen ausgesetzt sind, der der Kohlenstoffaufnahme entgegengesetzte Widerstand weitgehend vom Chromgehalt abhängig ist und mit dem Chromgehalt ansteigt. Da aber andererseits Chrom zur Bildung einer spröden Sigmaphase neigt, wenn die Legierung einer längeren Erhitzung ausgesetzt ist, führt ein hoher Chromgehalt allein (zumindest 27,5%) zu unbefriedigenden Ergebnissen. Die ideale Legierung für den angegebenen Zweck würde vollständig austenitisch sein.
Es wurde aber gefunden, daß die Unterdrückung jeder ferritischen Phase einen derartig hohen Nickelgehalt erfordert, daß die Legierung einen zu niedrigen Eisengehalt aufweist und auch zu teuer wird. Wenn dagegen der Nickelgehalt auf 40% gesteigert wird und nicht mehr als 50% beträgt, wird die spröde Sigmaphase unterdrückt und durch eine ferritische Phase mit hohem Chromgehalt ersetzt, die die mechanischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflußt.
Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen werden gewöhnlich mit Aluminium und Titan desoxydiert; infolgedessen enthalten sie Rückstände an diesen Elementen, etwa bis 1 % Titan und bis 0,5'% Aluminium. Bei der Auswahl der genauen Zusammensetzung einer Legierung zur erfindungsgemäßen Verwendung sollte daher der wahrscheinlichen Anwesenheit dieser zurückbleibenden Desoxydationsmittel Rechnung getragen werden, da Titan und Aluminium starke Ferritbildner sind. Dementsprechend sollte bei Vorhandensein von Titan und Aluminium der Nickelgehalt etwas höher als bei Abwesenheit dieser Elemente sein, was der Fall ist, wenn die Desoxydation lediglich durch z. B. Calcium und Silizium erfolgt.

Nachstehend sind drei Zusammensetzungen von Legierungen angegeben, die erfindungsgemäß verwendet werden:

A (°/o) I B (°/o) I C (°/o)

Chrom ................. 28,5 28,63 31,22

Nickel ................. 42,0 42,71 41,76

Titan .................. - 1,06 0,4

Aluminium . . . . . . . . . . . . . - 0,45 0,38

Silizium ............... 0,5 0,64 0,61

Kohlenstoff ............ 0,1 0,05 0,07

Mangan ................ 1,0 0,85 0,81

Stickstoff .............. 0,1 - -

Eisen .................. Rest Rest Rest

Das Vorhandensein irgendeiner spröden Phase nach längerer Erhitzung zeigt sich beim Schlagversuch. Die Ergebnisse derartiger Versuche, die in einer Charpie-Maschine mit verschiedenen Legierungen nach der Erfindung und einer gewöhnlich für die Herstellung der in Frage kommenden Gegenstände verwendeten Legierung mit 20% Nickel und 251/9 Chrom vorgenommen wurden, sind nachstehend wiederze>eben. Tabelle A

Nennzusammen- Char y-Schlagwerte (mkg) nach

Legierung se tzung(°%) 0 I 100 250 1 500 1 1000 1 3000

Ni Cr Stunden

B ............... 42,7

28,63 Geglüht 7,84 5,04 4,76

Kaltbearbeitet 3,92 3,92 4,34

C ............... 41,76 31,22 Geglüht 7,28 = 4,69

Kaltbearbeitet 4,13 3,50

D ............... 46,0 27,0 Geglüht 6,86 6,86 6,44 6,79 6,30

t Kaltbearbeitet 3,78 6,86 6,44 6,3.7 6,72

E ............... 46,0 30,0 Geglüht 6,79 7,14 6,09 6,23 6,02

t Faltbearbeitet 4,62 4,90 5,18 5,25 5,25

F ............... 46,0 33,0 Geglüht 7,0 5,18 5,04 5,32 5,74

t Kaltbearbeitet 4,62 3,36 3,50 3,92 4,20

G ............... 20,0 25,0 Geglüht 11,06 4,62 1,96 1,54 1,26

Kaltbearbeitet 5,46 1,54 0,98 0,98 0,98

Diese Zusammenstellung zeigt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen B bis F erheblich bessere Werte als die bisher gewöhnlich verwendete Legierung G aufweisen. Da die Legierungen nicht in einer aufkohlenden Atmosphäre, sondern in Luft erhitzt wurden, ist der Dehnbarkeitsverlust durch eine versprödende Strukturänderung und nicht durch eine V ersprödung infolge Karburierung bedingt.

Die Widerstandsfestigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen gegen die Aufnahme von Tabelle B

Legierung Nennzusammensetzung (°/o) Kohlenstoffgehalt (°/o)

Ni I Cr I Fe I Si J Anfang Ende I Zunahme

H . . . .. .. . . . . . ... 42 30 26,5 0,5 0,10 0,19 0,09

I ............... 78 15 6,5 0,5 0,04 0,31 0,27

J ............... 35 21 44,0 - 0,10 1,28 1,18

K ............... 35 15 47,0 3,0 0,0'7 1,48 1,41

L ........... . .. 20 25 55 -- 0,11 0,78 0,67

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen besteht in der Widerstandsfestigkeit gegen Schwefelangriff, z. B. in Form von Schwefeldioxyd.

Ein anderer Vorteil besteht in der Verringerung des unerwünschten katalytischen Verhaltens, das Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen mit höherem Nickelgehalt zeigen können, wenn sie mit erhitzten Kohlenwasserstoffen in Berührung stehen, z. B. in Röhrenöfen bei der Herstellung von Äthylen aus Äthan oder Propan. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Legierungen auch widerstandsfähig gegen eine als »Green-rot«-Oxydation bekannte beschleunigte Art der Oxydation, die bei Legierungen mit höherem Nickelgehalt und niedrigerem Chromgehalt auftritt.
Da die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen die vorgenannten Eigenschaften aufweisen, können hieraus unter anderem hergestellt werden: Ofenteile und Apparate, die aufkohlenden Einflüssen unterworfen sind, wie Einsatzkästen, Körbe und andere Befestigungseinrichtungen zum Tragen der zu karburierenden Gegenstände; Zyansalzbehälter und Diese. Versuche wurden mit Proben im geglühten und kalt bearbeiteten Zustande vorgenommen, die alle in Luft bei 800° C, aber verschieden lang erhitzt worden waren. Kohlenstoff geht aus Versuchen hervor, die mit verschiedenen, Eisen, Nickel und Chrom enthaltenden Legierungen ausgeführt wurden, welche alle 120 Erhitzungen bei 935° C während 13 Stunden unterworfen wurden, wobei sie in Kohlenstoff eingepackt waren und nach jeder Erhitzung in öl abgeschreckt wurden. Geprüft wurden hierbei eine Legierung H nach der Erfindung und vier Legierungen I bis L anderer Zusammensetzungen. Nachstehend sind die Ergebnisse dieser Versuche wiedergegeben: Salzbadbefestigungseinrichtungen, Strahlheizrohre zur Verwendung in einer aufkohlenden Atmosphäre und Röhren für Ofen, die bei der Herstellung von Äthylen aus Äthan und Propan Verwendune- finden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung einer Legierung aus 40 bis 50°/o Nickel, 27,5 bis 33 % Chrom, bis zu 0,5'°/a Kohlenstoff, bis zu -1,5'°/o Silizium, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,2% Stickstoff, 0 bis 0,4'°/o Kupfer, Rest Eisen einschließlich- Verunreinigungen und Rückständen von Desoxydationsmitteln zur Herstellung von Gegenständen, die im Gebrauch während längerer Zeit der Berührung mit Kohlenstoff oder einer aüfkohlenden Atmosphäre ausgesetzt sind.
2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit folgenden bevorzugten Gehaltsgrenzen: 41 bis 47'°/o Nickel, 28 bis 32°/o Chrom, nicht mehr als 0,2'°/o Kohlenstoff, nicht mehr als 0,75% Silizium, nicht mehr als 1,0°/o Mangan für den im Anspruch 1 genannten Zweck.