DE1123116B

DE1123116B - Boron-containing titanium-iron master alloy

Info

Publication number: DE1123116B
Application number: DEU4775A
Authority: DE
Inventors: Joseph Harrison Brennan; Cecil George Chadwick
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1956-09-05
Filing date: 1957-09-04
Publication date: 1962-02-01

Description

Borhaltige Titan-Eisenvorlegierung Die Erfindung betrifft Eisenvorlegierungen mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt zur Herstellung von borhaltigen Stählen.Boron-Containing Titanium-Iron Master Alloy The invention relates to iron master alloys with low boron and high titanium content for the production of steels containing boron.

Durch den Zusatz geringer Mengen Bor wird das Zeitstandverhalten von warmfesten Stählen und Legierungen stark erhöht. Um eine merkliche Wirkung zu erzielen, sind wenigstens etwa ein oder 2 Teile Bor je 1 Million Teile Stahl erforderlich, während die Zugabe von mehr als etwa 50 Teilen Bor auf 1 Million Teile Stahl in manchen Fällen die Bearbeitbarkeit bzw. Verformbarkeit und andere mechanische Eigenschaften des Stahls beeinträchtigen. Ein Gehalt von 2 bis 50 Teilen Bor je 1 Million Teile Stahl, was einem Borgehalt von 0,0002 bis 0,005 % entspricht, hat sich bei austenitischen Stählen als besonders geeignet erwiesen.By adding small amounts of boron, the creep behavior of heat-resistant steels and alloys greatly increased. To achieve a noticeable effect, at least about one or two parts of boron are required for every million parts of steel, while adding more than about 50 parts of boron to 1 million parts of steel in In some cases, the machinability or deformability and other mechanical properties affect the steel. A content of 2 to 50 parts boron per 1 million parts Steel, which corresponds to a boron content of 0.0002 to 0.005%, has proven to be austenitic Steels proved to be particularly suitable.

Die bisherigen Verfahren, diese geringen Bormengen warmfesten Legierungen in Form von Bor-Eisenvorlegierungen zuzugeben, sind nicht zuverlässig. Infolge der geringen Menge muß der borhaltige Zusatz sehr genau abgewogen werden. Die Zugabe ungenügender Bormenoen bewirkt schlechtes Zeitstandverhalten, während durch zu hohe Borzusätze die mechanischen Eigenschaften nachteilig beeinflußt werden. Die üblichen hochborhaltigen Legierungen mit Borgehalten von 16 bis 18% können deswegen nicht verwendet werden, da sich die äußerst geringen Bormengen unter üblichen Verfahrensbedingungen nur schwer genau abwiegen lassen. Außerdem besteht keine Gewähr, daß sich das Bor gleichmäßig im Schmelzbad verteilt und eine homogene Legierung erhalten wird. Eisenvorlegierungen mit niedrigem Borgehalt von etwa 1,5 bis 2,5°/o sind zwar normalerweise geeignete Zusätze, eignen sich aber nicht, wenn der Borgehalt einer Schmelze auf 2 bis 50 Teile Bor je 1 Million Teile Stahl eingestellt werden soll.The previous methods, these small amounts of boron heat-resistant alloys Adding in the form of boron-iron master alloys is not reliable. As a result of small amount, the boron-containing additive must be weighed very carefully. The addition Insufficient Bormenoen causes poor creep behavior, while too high Boron additives adversely affect the mechanical properties. The usual High-boron alloys with a boron content of 16 to 18% therefore cannot can be used because the extremely small amounts of boron under normal process conditions difficult to weigh accurately. In addition, there is no guarantee that the boron evenly distributed in the weld pool and a homogeneous alloy is obtained. Iron master alloys low boron contents of about 1.5 to 2.5% are normally suitable Additives, however, are not suitable if the boron content of a melt is between 2 and 50 Parts of boron per 1 million parts of steel should be discontinued.

Gemäß der Erfindung enthalten die hoch titanhaltigen Vorlegierungen mit niedrigem Borgehalt zwischen 0,005 und 0,5 Gewichtsprozent Bor, 61 bis 90 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen und Verunreinigungen. Die bevorzugte erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung zur Verwendung bei der Herstellung von warmfesten austenitischen Stählen enthält 0,01 bis 0,20 Gewichtsprozent Bor, 61 bis 80 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen und Verunreinigungen. Es kann auch bis zu 5 Gewichtsprozent Aluminium in der erfindungsgemäßen Vorlegierung enthalten sein.According to the invention, the master alloys contain a high titanium content low boron between 0.005 and 0.5 weight percent boron, 61 to 90 weight percent Titanium, remainder iron and impurities. The preferred alloy composition of the invention for use in the manufacture of creep-resistant austenitic steels 0.01 to 0.20 percent by weight boron, 61 to 80 percent by weight titanium, the balance iron and Impurities. There can also be up to 5 percent by weight of aluminum in the invention Master alloy be included.

Die Warmfestigkeit von Stählen und anderen Legierungen kann durch die Zugabe von relativ geringe Bormcngen enthaltenden Titanlegierungen erheblich erhöht werden. Es wurde gefunden, daß mit Vorlegierungen, die nicht unter 61 Gewichtsprozent Titan und 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent Bor enthalten, warmfeste Stähle mit verbessertem Zeitstandverhalten in besser regelbarer Weise hergestellt werden können.The heat resistance of steels and other alloys can be increased by the addition of titanium alloys containing relatively small amounts of boron is considerable increase. It has been found that with master alloys that are not below 61 percent by weight Titanium and 0.005 to 0.5 percent by weight boron contain, creep resistant steels with improved Creep behavior can be produced in a more controllable manner.

Die Wirksamkeit der Zusätze von Vorlegierungen mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt gemäß der Erfindung ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der die Werte typischer Zeitstandversuche an ausgeglühten bor- und titanhaltigen StahIStäben aufgeführt sind. Eine typische Vorlegierung mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt zur Herstellung der Stahlstäbe enthält 66,66% Titan, 27,39'% Eisen, 3,64% Aluminium, 0,04% Silicium, 0,04% Kupfer, 0,01% Phosphor, 0,06% Kohlenstoff, 0,13% Stickstoff, 0,31% Chrom, 0,04% Molybdän, 0,014% Wasserstoff, 0,60% Sauerstoff, 0,011% Schwefel, 0,06 0; o Bor und 0,30 0"o Mangan. Die Zeitstandversuche wurden an glatten und gekerbten Stäben bei 650 C bei einer Zugspannung von etwa 43,95 kg/mm durchgeführt. Zusammensetzung der Prüfstäbe Stahl A Stahl B C ................ 0,043 0,055 Mn ............... 1,42 1,57 Si ................ 0,65 0,84 Cr................ 15,16 14,85 Ni................ 25,27 25,46 Ti................ 1,83 1,89 Al................ 0,21 0,22 S ................. 0,006 0,006 P ................. 0,018 0,025 Mo ............... 1,30 1,28 V ................ 0,26 0,33 N ................ - - O ................ 0,001 0,003 H ................ 0,004 0,009 B ................ weniger als 0,0001 0,0007 Fe und Verunreini- gungen ......... Rest Rest Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei Zugabe geringer Mengen Bor in Form von Titan-Eisenvorlegierungen mit niedrigem Borgehalt zu Stählen eine 6fache Erhöhung der Lebensdauer bis zum Bruch gegenüber gekerbten Standard-Stäben erhalten wird. Die mittleren Dehnungswerte (9,7°/o) für glatte, mit der erfindungsgemäßen Vorlegierung hergestellte Stäbe betragen fast das Vierfache der Dehnungswerte für entsprechende Stangen etwa der gleichen Grundzusammensetzung, aber mit einem Borgehalt von weniger als 0,0001 %.The effectiveness of the additions of master alloys with a low boron and high titanium content according to the invention can be seen from the following table, in which the values of typical creep tests on annealed steel bars containing boron and titanium are listed. A typical low boron, high titanium master alloy used to make the steel rods contains 66.66% titanium, 27.39% iron, 3.64% aluminum, 0.04% silicon, 0.04% copper, 0.01% Phosphorus, 0.06% carbon, 0.13% nitrogen, 0.31% chromium, 0.04% molybdenum, 0.014% hydrogen, 0.60% oxygen, 0.011% sulfur, 0.06%; o boron and 0.30 0 "o manganese. The creep tests were carried out on smooth and notched rods at 650 ° C. with a tensile stress of about 43.95 kg / mm. Composition of the test rods Steel A steel B C ................ 0.043 0.055 Mn ............... 1.42 1.57 Si ................ 0.65 0.84 Cr ................ 15.16 14.85 Ni ................ 25.27 25.46 Ti ................ 1.83 1.89 Al ................ 0.21 0.22 S ................. 0.006 0.006 P ................. 0.018 0.025 Mon ............... 1.30 1.28 V ................ 0.26 0.33 N ................ - - O ................ 0.001 0.003 H ................ 0.004 0.009 B ................ less than 0.0001 0.0007 Fe and impurities ......... remainder remainder It can be seen from the table that when small amounts of boron are added in the form of titanium-iron master alloys with a low boron content to steels, a six-fold increase in the service life until breakage is obtained compared with notched standard rods. The mean elongation values (9.7%) for smooth rods produced with the master alloy according to the invention are almost four times the elongation values for corresponding rods of approximately the same basic composition, but with a boron content of less than 0.0001%.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorlegierungen liegt darin, daß die gewünschten Titan- und Bormengen in eine Schmelze auf einmal und mit großer Genauigkeit eingeführt werden können und sich schneller lösen als bei Verwendung ähnlicher bekannter Vorlegierungen, die wesentlich mehr Bor und höchstens 45 % Titan enthalten.A major advantage of the master alloys according to the invention lies in that the desired amounts of titanium and boron in a melt at once and can be inserted with great accuracy and dissolve more quickly than with Use of similar known master alloys that contain significantly more boron and at most Contains 45% titanium.

Eine typische Legierung mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt gemäß der Erfindung kann durch Schmelzen geeigneter Mengen von Eisen und Aluminium in einem Elektroofen unter Zugabe geeigneter Mengen von Aluminium und Ferrobor unter inerter Atmosphäre hergestellt werden. Nachstehend sind die bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen, mit Bor angereicherten Ferro-Titanvorlegierung verwendeten Mengen der einzelnen Bestandteile sowie eine Analyse des erhaltenen Produktes aufgeführt.A typical low boron and high titanium alloy according to of the invention can be made by melting suitable amounts of iron and aluminum in an electric furnace with the addition of suitable amounts of aluminum and ferroboron inert atmosphere can be produced. Below are those used during manufacture a ferro-titanium master alloy enriched with boron according to the invention Quantities of the individual components and an analysis of the product obtained are listed.

Mischungsbestandteile A1 ...................... 11,3 kg Fe ...................... 90,6 kg Ti ...................... 249,0 kg Fe B .................... 4,98 kg Analyse der Vorlegierung Ti ...................... 67,00°/o A1 ...................... 3,49°/° B ....................... 0,12°/o Fe und andere Bestandteile Rest Es war zwar bekannt, austenitischen Stählen Bor in geringen Mengen zuzusetzen und dadurch das Zeitstandverhalten zu verbessern. Es ist aber durchaus überraschend, daß bei Verminderung der Bormengen auf die Werte gemäß der Erfindung eine ganz unerwartete Erhöhung des Zeitstandverhaltens warmfester austenitischer Stähle erzielt werden kann.Mixture components A1 ...................... 11.3 kg Fe ..................... . 90.6 kg Ti ...................... 249.0 kg Fe B ................. ... 4.98 kg analysis of the master alloy Ti ...................... 67.00 ° / o A1 .................. .... 3.49 ° / ° B ....................... 0.12% Fe and other components Remainder It was known Adding small amounts of boron to austenitic steels and thereby the creep behavior to improve. However, it is quite surprising that when the amounts of boron are reduced to the values according to the invention a completely unexpected increase in the creep behavior heat-resistant austenitic steels can be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Boron-containing titanium-iron master alloy, in particular for the production of creep-resistant austenitic steels with improved creep behavior, consisting of 0.005 to 0.5%, in particular 0.01 to 0.2011 / o boron, 61 to 90%, in particular from 61 to 80% titanium, optionally up to 5% aluminum, the remainder being iron and impurities.

2. Process for the production of heat-resistant austenitic Steels with improved creep behavior by adding the master alloy according to claim 1, characterized in that the master alloy is a steel melt in such amounts it is added that the steel contains 0.0002 to 0.005% boron. Considered References: U.S. Patent Nos. 2,542,220, 2,616,797; McQuillan, "Titanium", 1956, p.217; E. H o u d r e m o n t, »Handbook of Special Steel Customers«,

3. Edition, 1956, Vol. 1I, pp. 1463-1465.