DE1220618B - Verwendung einer austenitischen Stahllegierung als Werkstoff fuer hochwarmfeste Bauteile - Google Patents

Description

• Verwendung einer austenitischen Stahllegierung als Werkstoff für hochwannfeste Bauteile Für Bauteile in Wärmekraftmaschinen-, Kessel- und Apparatebau finden bei höheren Temperaturen bevorzugtaustenitischeniobstabilisierteChrom-Nickel-Stähle Anwendung, denen zur Erhöhung ihrer Warmfestigkeitseigenschaften vorwiegend Molybdän, Vanadin, Wolfram, eventuell Kobalt und Stickstoff zulegiert werden. Gebräuchlich sind z. B. folgende stabil-austenitische hochwarmfeste Stähle mit folgender chemischer Zusammensetzung:

  Chemische Zusammensetzung in 0/,

  Bezeichnung nach C si Mn Cr MO Ni

  DIN 17006

  X 8 CrNiNb 1613 90,10 0,30 91,5 15,0 - 12,0

  0,60 17,0 14,0

  X8 CrNiMoVNb 1613 ig 0,10 0,30 91,5 15,5 1,1 12,5

  0,60 17,5 1,5 14,5

  X8 CrNiMoNb 1616 90,10 0,30 --51,5 15,5 1,5 15,5

  0,60 15,5 2,0 17,5

  X6 CrNiVJNb 1616 .--50,10 0,30 91,5 17,5 - 15,5

  0,60 17,5 17,5

  Bezeichnung nach

  DIN 17006 W

  V Nb N

  X8 CrNiNb 1613 - 10 . 0/0 C

  9 10 - 0/, C+O,4

  X8 CrNiMoVNb 1613 0,60 10 - o/' C 0,13

  0,85 -9 10 - '/o C+O,4

  X8 CrNiMoNb 1616 - 10 - o/' C

  9 10 - 0/, C+O,4

  X6 CrNiWNb 1616 2,5 - 10 - 0/, C 007

  3,5 9 10 - % C+O , 4 0:13

  Für zu schweißende Bauteile werden die Stähle X6 CrNiNb 1613 und X6 CrNiMoNb 1616 im abgeschreckten Zustand (1050 bis 1100'C/Wasser), die Stähle X 8 CrNiMoVNb 1613 und X 6 CrNiWNb 1616 im abgeschreckten und ausgelagerten Zustand (z.B. 1100'C/Wasser + 5 Stunden 750'C/Luft) verwendet. Die letzteren beiden Stähle werden auch häufig im abgeschreckten Zustand geschweißt und danach ausgelagert.
• Alle vier angeführten austenitischen Stähle sind stabil austenitisch, daher bei Gebrauchstemperaturen weitgehend unempfindlich gegen Versprödung durch Sigmaphasenbildung. Ein Nachteil dieser Stähle besteht in der schwierig zu beherrschenden warmrißfreien Schweißbarkeit, da sie mit Niob stabilisiert und stabil austenitisch sind. Wenn auch in den letzten Jahren große Fontschritte über Entwicklung artgleicher Schweißzusatzwerkstoffe festzustellen sind, so erfordert das Schweißen doch ganz besondere Sorgfalt, z.B. geprüfte Schweißer und umfangreiche Zwischenprüfungen. Die der Schweißnaht benachbarten Zonen, in denen das in den Grundwerkstoffen enthaltene Niobkarbid durch die hohe Temperatur der Schweißwärme in Lösung geht, weisen bei Beanspruchungen bei üblichen Gebrauchstemperaturen Versprödungserscheinungen auf, durch die die guten Langzeiteigenschaften der Stähle herabgesetzt werden. Dem kann nur begegnet werden, wenn man nach dem Schweißen ein Spannungsfreiglühen zwischen etwa 750 und 900'C durchführt, bei dem gleichzeitig Niobkarbid wieder ausgeschieden wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile aus austenitiachen Stählen zur Verfügung zu stellen, die bei üblichen Gebrauchstemperaturen etwa gleiche Dauerstandfestigkeiten wie die mit Niob legierten austenitischen Stähle aufweisen, dabei bessere Schweißbarkeit besitzen und neben der Schweißnaht keine Verringerung der Dauerstandfestigkeit durch spröde Brüche aufweisen.
• Das ist der Fall, wenn erfindungsgemäß unstabilisierte austenitische Chrom-Nickel-Molybdän- oder Chrom-Mangan-Nickel-Molybdän-Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die zusätzlich mit Stickstoff legiert sind, verwendet werden. Die chemische Zusammensetzung der Stähle liegt in folgenden Grenzen:

  C .... 0,01 bis 0,05111, C .... 0,01 bis 0,05 0/,

  Si .... 0,1 bis 1,00/, Si .... 0,1 bis 1,0"/,

  Mn .. 0,1 bis 2,5"/, Mn .. 6,0 bis 12,00/,

  Cr ... 16,0 bis 20,00/, Cr ... 16,0 bis 20,00/,

  Ni ... 12,0 bis 18,00/, Ni ... 8,0 bis 14,00/,

  Mo .. 2,0 bis 4,0 0/, Mo .. 2,0 bis 4,0"/,

  N .... 0,15 bis 0,300/, N .... 0,20 bis 0,400/0

  Bei diesen Stählen kann Molybdän ganz oder teilweise durch Wolfram ersetzt werden. Sie können weiterhin Vanadin zur Erhöhung der Warmfestigkeitseigenschaften bis zu 2 "/, enthalten.
• Unter unstabilisierten Stählen sind solche Stähle zu verstehen, die kein Niob enthalten oder denen Niob nur in geringen Mengen zulegiert ist, so daß der für die Stabilisation erforderliche Gehalt von 8 - l)/,C + 7 - "/, N nicht erreicht ist. Es kann Niob/Tantal in Gehallpn von Spuren bis zu 0, 5 0/, zur Verbesserung der Dau'erstandsfestigkeit zulegiert werden.
• Zum Nachweis gleich guter Dauerstandsfestigkeit dieser Stähle dient die Abbildung, in der die bei 650'C ermittelten Werte für über 10000 Stunden Versuchsdauer denen der üblichen Stähle gegenübergestellt sind.
• Die Schweißbarkeit dieser Stähle mit artgleichen Schweißzusatzwerkstoffen, deren Stickstoffgehalt höchstens halb so hoch ist wie der der Grundwerkstoffe und die nur maximal 0,010/, Nb enthalten, ist mit kalkbasischen Elektroden und sogar nach automatischen Schutzgasschweißverfahren, wie dem Metall-Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren, gegeben. Die Möglichkeit der Anwendung dieses Schweißverfährens überzeugt am besten von der guten Schweißbarkeit ohne Warmrißanfälligkeit der vorgeschlagenen Stähle für zu schweißende Bauteile für hochwarmfeste Zwecke.
• Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Stählen ist der Kohlenstoffgehalt so niedrig gehalten und der eventuell mögliche Niob-Tantal-Gehalt so auf *den Kohlenstoffgehalt abgestimmt, daß im Stahl keine Niobkarbide enthalten sind. In diesem Falle beträgt der Kohlenstoffgehalt 0,01 bis 0,03 0/, und der Niob-Tantal-Anteil 0,10 bis 0,30()/,.
• Es entfällt damit die Möglichkeit, daß in der Zone sehr hoher Temperaturen neben der Schweißnaht sich Niobkarbide lösen können, und damit entfällt die Möglichkeit einer Versprödung dicht neben der -Schweißnaht, die mit -einer Verringerung der Dauerstandswerte bei Betriebsbeanspruchung verbunden ist; weiterhin ist kein Glühen zur Ausscheidung der Niobkarbide erforderlich. Ein Glühen, das nur für den Abbau der Schweißspannungen erforderlich sein könnte, kann selbstverständlich bei für austenitische Stähle üblichen Temperaturen durchgeführt werden.
• Aus den angeführten Stählen können selbstverständ-Ech auch weiterhin Bauteile hergestellt werden, die nicht geschweißt werden sollen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verwendung einer austenitischen Stahllegierung, bestehend aus 0,01 bis 0,0501, Kohlenstoff, 16,0 bis 20,00/0 Chrom, 0,1 bis 2,5 0/0 Mangan, 2,0 bis 4,0 11/0 Molybdän, 0,15 bis 0,300/, Stickstoff, 12,0 bis 18,00/, Nickel, 0,1 bis 1,0 0/, Silizium, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für hochwarmfeste Bauteile, die gut und warmrißfrei schweißbar sind und zur Vermeidung der Versprödung neben der Schweißnaht bei Betriebsbeanspruchung keiner Wärmebehandlung nach dem Schweißen bedürfen.
2. 2. Verwendung einer austenitischen Stahllegierung, bestehend aus 0,01 bis 0,0501,) Kohlenstoff, 16,0 bis 20,00/0 Chrom, 6,0 bis 12,0 Mangan, 2,0 bis 4,0 Molybdän, 0,20 bis 0,401)/, Stickstoff, 8,0 bis 14,00/() Nickel, 0,1 bis 1,0"/, Silizium, Rest Eisen mit den üblieben Verunreinigungen, als Werkstoff für hochwarmfeste Bauteile für den Zweck nach Anspruch 1. 3. Verwendung einer austenitischen. Stahllegierung nach Anspruch 1 und 2, wobei Molybdän ganz oder teilweise durch Wolfram ersetzt ist. 4. Verwendung einer austenitischen Stahllegierung nach Anspruch 1 bis 3, wobei zusätzlich bis zu 20/, Vanadin zulegiert sein kann. 5. Verwendung einer austenitischen Stahllegierung nach Anspruch 1 bis 4, wobei Niob/Tantal in Gehalten. von Spuren bis zu höchstens 0,50 0/, zulegiert ist, so daß dieses Legierungselement nur zur Verbesserung der Warmfestigkeitseigenschaften bei Dauerbeanspruchung beiträgt, nicht aber, wie üblich, zur Stabilisation von Kohlenstoff und Abbindung von Stickstoff, für die rechnerisch ein Gehalt von (8 - 0/, C + 7 - 0/, N) zugrunde gelegt sind. 6. Verwendung einer austenitischen Stahllegierung nach Anspruch 1 bis 5, wobei die Höhe des Niob-Tantal- und des Kohlenstoffgehaltes so abgestellt ist, daß nicht mehr als Spuren von Niob-Tantal-Karbid vorhanden sind, was bevorzugt zu folgender Schmelzanalyse für diese Gehalte führt: 0,01 bis 0,03 0/, Kohlenstoff, 0,10 bis 0,301)/, Niob/Tantal.