DE1230231B

DE1230231B - Oxidation-resistant, austenitic steel alloy

Info

Publication number: DE1230231B
Application number: DEC33070A
Authority: DE
Inventors: Joseph Hochmann
Original assignee: Compagnie des Ateliers et Forges de la Loire SA
Current assignee: Compagnie des Ateliers et Forges de la Loire SA
Priority date: 1963-06-19
Filing date: 1964-06-06
Publication date: 1966-12-08

Description

Oxydationsbeständige, austenitische Stahllegierung Die Erfindung bezieht sich auf oxydationsbeständige, austenische Stahllegierungen, die vor allem dann eingesetzt werden, wenn es sich um chemische und mechanische Beständigkeit bei hohen Temperaturen handelt.Oxidation Resistant Austenitic Steel Alloy The invention relates to on oxidation-resistant, austenic steel alloys, especially then be used when it comes to chemical and mechanical resistance at high Temperatures.

Es ist bereits ein Stahl folgender Zusammensetzung bekannt: 0,5 bis 0,7°/o Kohlenstoff', 20 bis 22°/o Chrom, 3 bis 501" Nickel, 7 bis 120/" Mangan und Rest Eisen.A steel of the following composition is already known: 0.5 to 0.7% carbon, 20 to 22% chromium, 3 to 501 " nickel, 7 to 120 /" manganese and the remainder iron.

Die Stähle dieser Zusammensetzung enthalten außerdem Stickstoff in einer anteiligen Menge, die bis zu 0,50/" gehen kann, sowie Silicium. Um eine hohe Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle zu sichern, muß der Siliciumgehalt niedrig sein, vorzugsweise unter 0,450/, liegen. Eine Erhöhung des Siliciumgehaltes von 0,19 auf 0,410/, bewirkt, wie gefunden wurde, bei Verwendung solcher Stähle für die Herstellung von Bauteilen von Verbrennungsmotoren, wie insbesondere durch Auspuffventilen, eine Erhöhung des Gewichtsverlustes der Stähle in dem bei der Verbrennung von Kraftstoffen, die durch Bleitetraäthyl stabilisiert sind, gebildeten Bleioxyd, das sich bei einer Temperatur von 913'C in geschmolzenem Zustand befindet. Der Gewichtsverlust des Stahls erhöht sich unter diesen Umständen in einem Verhältnis von 3,53 zu 15,85. Wenn der Gehalt des Stahls an Silicium die oben angegebenen Werte übersteigt, sind die Gewichtsverluste noch höher.The steels of this composition also contain nitrogen in a proportionate amount, which can go up to 0.50 / ", as well as silicon. In order to ensure a high corrosion resistance of these steels, the silicon content must be low, preferably below 0.450 /. An increase of the silicon content from 0.19 to 0.410 /, as has been found, when using such steels for the production of components for internal combustion engines, such as exhaust valves in particular, an increase in the weight loss of the steels in the combustion of fuels caused by tetraethyl lead are stabilized, formed lead oxide, which is in a molten state at a temperature of 913 ° C. The weight loss of the steel increases under these circumstances in a ratio of 3.53 to 15.85 exceeds the specified values, the weight losses are even higher.

Bei weiteren Untersuchungen hat sich gezeigt, daß im Gegensatz hierzu ein verhältnismäßig hoher Gehalt an Silicium, jedoch nur bei einer Temperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur des Bleioxyds, z, B. in der Nähe von 750°C, liegt, eine Verbesserung der Korrosionsfestigkeit in dem erwähnten Bleioxydmedium zur Folge hat.Further investigations have shown that in contrast to this a relatively high content of silicon, but only at a temperature that is below the melting temperature of the lead oxide, e.g. in the vicinity of 750 ° C, an improvement in the corrosion resistance in the lead oxide medium mentioned Has.

Die Erhöhung des Siliciumgehalts bewirkt außerdem eine Verbesserung der Beständigkeit des Stahls gegen Oxydation bei hohen Temperaturen in Luft und Verbrennungsgasen, mit Ausnahme solcher, die Blei enthalten, und ergibt ein leicht gießbares Metall von verbesserter Schmiedbarkeit.The increase in the silicon content also brings about an improvement the resistance of steel to oxidation at high temperatures in air and Combustion gases, with the exception of those containing lead, and gives a light castable metal of improved forgeability.

Es sind zwar austenitische, hitzebeständige Ventilstahllegierungen bekanntgeworden (französische Patentschrift 1314 540). Hier ist auch angegeben, daß geringe Mengen von Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob, Tantal und Bor vorhanden sein können. Hieraus geht jedoch hervor, daß diese Stoffe lediglich als Verunreinigungen geduldet werden, nicht aber, daß man diese Stoffe bewußt und in ganz bestimmten Mengen zulegieren soll, um eine verbesserte Wirkung zu erhalten.Austenitic, heat-resistant valve steel alloys have become known (French patent 1 314 540). It is also indicated here that small amounts of molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum and boron can be present. From this it follows, however, that these substances are only tolerated as impurities, but not that these substances should be added consciously and in very specific quantities in order to obtain an improved effect.

Dies wird auch dadurch erhärtet, weil bekanntlich einige der dort genannten Elemente sich negativ auswirken. Ein Zusatz von 20/, Wolfram wirkt sich z. B. schlechter aus als bestimmte Stickstoffzusätze zu Chrom- oder Manganstahl.This is also corroborated by the fact that some of the known there elements mentioned have a negative effect. An addition of 20 /, tungsten has an effect z. B. worse than certain nitrogen additives to chromium or manganese steel.

Auch ist dem Fachmann bekannt, daß Spuren von Bor in der Größenordnung von 0,040/, bereits schädlich sein können und zu Verschlackungen Anlaß geben. Vanadin und Molybdän können ebenfalls schädlich sein; diese Zusätze wirken sich, wenn sie in einer Menge in der Größenordnung von 2 °/o anwesend sind, verschlechternd auf die Widerstandsfähigkeit gegen oxydative Einwirkungen der Legierungen, in denen sie eingebaut sind, aus.It is also known to the person skilled in the art that traces of boron in the order of magnitude of 0.040 /, can already be harmful and give rise to slagging. Vanadium and molybdenum can also be harmful; these additives have an effect when they are present in an amount of the order of 2%, deteriorating the resistance to oxidative effects of the alloys in which they are built in.

Auf Grund des Fachwissens versuchte man also, solche Legierungsbestandteile bewußt zu vermeiden. Außerdem sind bereits austenitische Stähle beschrieben worden, die eine gute Widerstandsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen, allerdings handelt es sich hierbei um Stähle mit relativ geringen Kohlenstoffgehalten von etwa 0,4 %. Niob ist überhaupt nicht vorhanden. Dagegen wird ein sehr hoher Nickelgehalt nach dem bekannten Vorschlag vorgeschrieben.On the basis of specialist knowledge, attempts were therefore made to consciously avoid such alloy components. In addition, austenitic steels have already been described, which have good resistance at elevated temperatures, but these are steels with a relatively low carbon content of around 0.4 % . Niobium is not present at all. In contrast, a very high nickel content is prescribed according to the known proposal.

Überraschend gute Ergebnisse erhält man mit dem oxydationsbeständigen, austenitischen, erfindungsgemäßen Stahl, dessen Zusammensetzung aus 0,4 bis 0,8 0/0 Kohlenstoff, 18 bis 23 0/0 Chrom, 2 bis 5 0/0 Nickel. 7 bis 120/0 Mangan, 0,2 bis 0;50/0 Stickstoff, 0,45 bis 0,8 0/0 Silicium, Niob von 0,1 bis 10/0 und dem Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen besteht.Surprisingly good results are obtained with the oxidation-resistant, Austenitic steel according to the invention, the composition of which is from 0.4 to 0.8 0/0 carbon, 18 to 23 0/0 chromium, 2 to 5 0/0 nickel. 7 to 120/0 manganese, 0.2 to 0; 50/0 nitrogen, 0.45 to 0.8 0/0 silicon, niobium from 0.1 to 10/0 and that Remainder consists of iron and common impurities.

Wesentlich ist also ein verhältnismäßig geringer Anteil eines sehr leicht oxydierbaren metallischen Elementes wie Niob.So what is essential is a relatively small proportion of a very easily oxidizable metallic element such as niobium.

Ein Zusatz von 0,2 0/0 Niobium ergibt eine sehr erhebliche Verringerung des Korrosionsverhältnisses in geschmolzenem Bleioxyd bei 915°C; eine Erhöhung des Gehaltes an Niobium bis auf 0,4 bis 0,6 0/0 steigert die Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle bei hohen Temperaturen noch weiter, die bei der Anwendung auf Verbrennungsmotoren gleichzeitig eine gute chemische Beständigkeit gegenüber den Wirkungen der Bleiverbindungen enthaltenden Auspuffgasen, insbesondere der von geschmolzenem Bleioxyd besitzen.An addition of 0.2% niobium results in a very considerable reduction the corrosion ratio in molten lead oxide at 915 ° C; an increase in the The content of niobium up to 0.4 to 0.6% increases the corrosion resistance These steels at high temperatures even further that when applied to internal combustion engines at the same time good chemical resistance to the effects of lead compounds containing exhaust gases, especially that of molten lead oxide.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsforni der Erfindung ist die Zusammensetzung der neuen Stähle wie folgt: 0,5 bis 0,65°/o Kohlenstoff, 20 bis 220/0 Chrom, 3,0 bis 4,5°/o Nickel, 8,0 bis 11,0°/o Mangan, 0,5 bis 0,60/, Silicium, 0,32 bis 0,380/0 Stickstoff, 0,2 bis 0,6°/o Niobium, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.According to an advantageous embodiment of the invention, the composition of the new steels is as follows: 0.5 to 0.65% carbon, 20 to 220/0 chromium, 3.0 to 4.5% nickel, 8.0 to 11.0% manganese, 0.5 to 0.60 / 0 silicon, 0.32 to 0.380 / 0 nitrogen, 0.2 to 0.6% niobium, the remainder iron and usual impurities.

Zum noch besseren Verständnis der Erfindung und zur Vervollständigung der Beschreibung wird nachstehend eine Tabelle gegeben, aus welcher sehr deutlich der Einfluß eines Zusatzes von Niobium auf die Eigenschaften des im Einzelfalle genannten Stahls ersichtlicn ist. Mit besonderem Vorteil kann man also die austenitische Stahllegierung als Werkstoff für Gegenstände verwenden, die bei einer hohen Temperatur einer chemisch korrodierend wirkenden Atmosphäre ausgesetzt sind. Ein besonderes Anwendungsgebiet ist als Werkstoff für Auslaßventile für Verbrennungskraftmaschinen zu sehen.For an even better understanding of the invention and to complete the description, a table is given below from which the influence of an addition of niobium on the properties of the steel mentioned in the individual case can be seen very clearly. The austenitic steel alloy can therefore be used with particular advantage as a material for objects which are exposed to a chemically corrosive atmosphere at a high temperature. A special field of application is to be seen as a material for exhaust valves for internal combustion engines.

Claims

Claims: 1. Oxidation-resistant, austenitic steel alloy, consisting of 0.4 to 0.8 0/0 carbon, 18 to 23 0/0 chromium, 2 to 5 0/0 nickel, 7 to 12 0/0 manganese, 0.2 to 0.5 0/0 nitrogen, 0.45 to 0.8 0/0 silicon, 0.1 up to 10/0 niobium, remainder iron and usual impurities.

2. Austenitic steel alloy according to claim 1, consisting of 0.5 to 0.650 / 0 carbon, 20 to 220 /, chromium, 3.0 to 4.50 /, nickel, 8.0 to 11.00 / 0 manganese, 0, 5 to 0.60 /, silicon, 0.32 to 0.38 "/, nitrogen, 0.2 to 0.60 /, niobium, the remainder iron and common impurities.

3. Use of the austenitic steel alloy with the composition according to Claims 1 and 2 as a material for objects that at high temperatures a are exposed to chemically corrosive atmospheres.

4. Use of the austenitic steel alloy with the composition according to claims 1 and 2, as a material for exhaust valves for internal combustion engines. Documents considered: Austrian Patent No. 160 410; French Patent Specification No. 1,314,540. Yearbook of German Aviation Research, II, pp. 131 to 134.