DE1238675B - Heat-resistant steel alloy - Google Patents

Heat-resistant steel alloy

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DE1238675B
DE1238675B DEB74217A DEB0074217A DE1238675B DE 1238675 B DE1238675 B DE 1238675B DE B74217 A DEB74217 A DE B74217A DE B0074217 A DEB0074217 A DE B0074217A DE 1238675 B DE1238675 B DE 1238675B
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steel alloy
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Martin N Ornitz
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
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Description

Warmfeste Stahllegierung Die vorliegende Erfindung betrifft eine warmfeste Stahllegierung.Heat Resistant Steel Alloy The present invention relates to a heat resistant steel alloy Steel alloy.

In der österreichischen Patentschrift 140 041 werden hitzebeständige austenitische Stahllegierungen beschrieben, die neben Chrom und Nickel als teilweisen oder gänzlichen Ersatz des Nickels noch Mangan enthalten. Diese Legierungen zeichnen sich dadurch aus, daß, von rein austenitischen Stahllegierungen mit 10 bis 30 0/0 Chrom und mindestens 15 bis 30 "/,Nickel ausgehend, der Mangangehalt bei einem bis 50 % betragenden Ersatz des Nickels mindestens 5 0/0, bei einem bis 75 0/, betragenden Ersatz des Nickels mindestens 10 "/, und bei einem gänzlichen Ersatz des Nickels mindestens 15 0/0 beträgt und zwischen diesen Werten linear ansteigt. Werden diese Stahllegierungen für die Herstellung von Gußgegenständen verwendet, so können sie bis zu 20/, Kohlenstoff und bis zu 3 0/,) Silicium enthalten. Ferner kann das Chrom teilweise durch kleinere Mengen von Wolfram, Molybdän, Vanadin, Titan, Tantal usw., einzeln oder gemischt, bei höheren Chromgehalten bis zu einer Gesamtmenge von etwa 5 % ersetzt werden. Ebenso ist ein teilweiser Ersatz des Nickels durch Kobalt oder ein Zusatz von Kobalt, z. B. zur Erhöhung der Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, zulässig.The Austrian patent specification 140 041 describes heat-resistant austenitic steel alloys which, in addition to chromium and nickel, also contain manganese as a partial or complete replacement for nickel. These alloys are characterized in that, starting from purely austenitic steel alloys with 10 to 30% chromium and at least 15 to 30 % nickel, the manganese content is at least 5 % with a replacement of up to 50 % of the nickel a minimum of 10 '/, and amounts to 75 0 /, suitable replacement amount of nickel at a utter replacement of nickel at least 15 0/0 and linearly between these values increase. When these steel alloys used for the manufacture of cast articles, they may /, carbon, and up to 3 0 / containing) silicon up to 20th Furthermore, the chromium can partially be replaced by smaller amounts of tungsten, molybdenum, vanadium, titanium, tantalum, etc., individually or mixed, with higher chromium contents up to a total amount of about 5% . Partial replacement of the nickel by cobalt or an addition of cobalt, e.g. B. to increase the strength at elevated temperatures, permissible.

Diesen bekannten Stahllegierungen haftet jedoch der besondere Nachteil an, daß sie, vor allem bei einem Chromgehalt von 10 bis 15 0/" bei hohen Temperaturen schnell oxydiert werden. So beginnt z. B. eine derartige Legierung mit einem Chromgehalt von 15 % bei einer Temperatur von etwa 1100'C bereits nach kurzer Zeit zu oxydieren, wobei sich die Oxydation mit hoher Geschwindigkeit fortsetzt, so daß die aus der erwähnten Stahllegierung hergestellten Gegenstände unbrauchbar werden.However, these known steel alloys adheres to the special disadvantage that they are "oxidized rapidly especially when a chromium content of 10 to 15 0 / at high temperatures. Thus, for. Example, starts such an alloy with a chromium content of 15% at a temperature of about 1100 ° C to oxidize after a short time, the oxidation continues at high speed, so that the objects made of the steel alloy mentioned are unusable.

Dieser Nachteil wird nunmehr durch die erfindungsgemäße Stahllegierung mit hoher Warmfestigkeit und Beständigkeit gegen Korrosion sowie gegen Thermoschock bei Temperaturen zwischen 870 und 1200'C überwunden. Diese Legierung besteht aus 0,3 bis 0,9 % Kohlenstoff, 20 bis 300/, Chrom, 15 bis 350,1, Nickel, 0,8 bis 40/, Mangan, 0,9 bis 3,5 0/0 Silicium, 0,3 bis 40/0 Wolfram, während sich der Rest aus Eisen mit erschmelzungsbedingten, üblichen Verunreinigungen zusammensetzt. Für eine Dauerverwendung bei einer Temperatur von 1100'C oder darüber hat sich eine Stahllegierung mit folgender Zusammensetzung als besonders geeignet erwiesen: 0,35 bis 0,750/, Kohlenstoff, 23 bis 30 0/" Chrom, 20 bis 30 % Nickel, 1,2 bis 2,4 % Mangan, 1,2 bis 2,5 % Silicium, 0,5 bis 1,75 % Wolfram, während sich der Rest aus Eisen mit erschmelzungsbedingten, üblichen Verunreinigungen zusammensetzt. Diese Stahllegierung besitzt eine Mindestzeitstandfestigkeit von 9804400 = 2,80 kg/mm2 und "93öi#iloo 1,40 g k/mm 2.This disadvantage is now overcome by the steel alloy according to the invention with high heat resistance and resistance to corrosion as well as to thermal shock at temperatures between 870 and 1200.degree. This alloy consists of 0.3 to 0.9% carbon, 20 to 300 /, chromium, 15 to 350.1, nickel, 0.8 to 40 /, manganese, 0.9 to 3.5 % silicon, 0.3 to 40/0 tungsten, while the remainder is made up of iron with the usual impurities caused by the melting process. A steel alloy with the following composition has proven to be particularly suitable for long-term use at a temperature of 1100 ° C. or above: 0.35 to 0.750 /, carbon, 23 to 30 ° / "chromium, 20 to 30% nickel, 1.2 up to 2.4 % manganese, 1.2 to 2.5% silicon, 0.5 to 1.75% tungsten, while the remainder is composed of iron with the usual impurities caused by the melting process. This steel alloy has a minimum creep strength of 9804400 = 2, 80 kg / mm2 and "93öi # iloo 1.40 g k / mm 2.

Eine erfindungsgemäße Stahllegierung, die den an sie gestellten Anforderungen hinsichtlich Warmfestigkeit, Beständigkeit gegen Korrosion sowie Thermoschock bei hohen Temperaturen in besonders gutem Maße gerecht wird, besitzt folgende Zusammensetzung: 0,40/, Kohlenstoff, 230/, Chrom, 250/() Nickel, 1,5110 Mangan, 20/, Silicium, 1,450/, Wolfram, während der Rest aus Eisen mit erschmelzungsbedingten, üblichen Verunreinigungen besteht.A steel alloy according to the invention, which meets the requirements placed on it in terms of high-temperature strength, resistance to corrosion and thermal shock at high temperatures to a particularly good degree, has the following composition: 0.40 /, carbon, 230 /, chromium, 250 / () nickel, 1.5110 manganese, 20 /, silicon, 1.450 /, tungsten, while the rest consists of iron with the usual impurities caused by the melting process.

Es hat sich herausgestellt, daß geringe Mengen Niob, vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 10/0, in unerwarteter Weise eine Verbesserung der Warmfestigkeit zur Folge hat. Dabei ist jedoch zu beachten, daß beim Vorliegen von Niob in einer Menge über 10/, die Warmfestigkeit der Stahllegierung wieder beträchtlich absinkt.It has been found that small amounts of niobium, preferably in the range from 0.15 to 10/0, result in an unexpected improvement in the high-temperature strength. It should be noted, however, that if niobium is present in an amount above 10 /, the high-temperature strength of the steel alloy decreases again considerably.

Unerwartet ist auch der Zusammenhang zwischen der Kriechgeschwindigkeit und dem Mangangehalt der erfindungsgeemäßen Stahllegierung. Wie aus der F i g. 5, auf die nachstehend noch näher eingegangen wird, hervorgeht, tritt insbesondere bei einem Mangangehalt zwischen 0,8 und 2,5 0/, eine starke Verringerung der Kriechgeschwindigkeit auf; bei etwa 40/, verläßt die Kurve wieder den günstigen Bereich.The relationship between the creep speed and the manganese content of the steel alloy according to the invention is also unexpected. As shown in FIG. 5, which will be discussed in more detail below, occurs, in particular with a manganese content between 0.8 and 2.5 %, a strong reduction in the creep speed; at around 40 /, the curve leaves the favorable range again.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 Oxydationsversuche von 100stündiger Dauer an einer Stahllegierung, die bei den angegebenen Temperaturen vor der Erfindung für Hochtemperaturzwecke ausgiebig verwendet wurde, und an der erfindungsgernäßen Stahllegierung ergaben folgende Ergebnisse: Tabelle 1 1 C 1 Mn 1 si 1 Ni 1 Cr 1 W Fe Erfindungsgemäße Stahllegierung ................. 0:37 1:46 1:90 24:5 25:7 1,46 Rest Übliche bekannte Stahllegierung .................. 040 150 170 334 178 - Rest Tabelle 2 100stündige Oxydation in Luft bei 1204'C Erfindungsgemäße Stahllegierung 0,109 cm Eindringtiefe pro Jahr, Übliche bekannte Stahllegierung 0,297 cm Eindringtiefe pro Jahr (katastrophale Oxydation an den Kanten). Beispiel 2 Um die Stahllegierungen gemäß der Erfindung mit solchen, die außerhalb der Grenzen der Erfindung liegen, hinsichtlich der Kriechgeschwindigkeit zu vergleichen, wurden bei einer Temperatur von 982'C und einer Belastung von 253 kg/CM2 Versuche ausgeführt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 und in F i g. 1 der Zeichnung, in der die Kriechgeschwindigkeit gegen den Wolframgehalt aufgetragen ist, gezeigt. Tabelle 3 1 Geschwin- Hitze C Mn Si # Ni digkeit 1 XJO-5 1 0,40 1,17 1,62 24,6 22,3 - 5,1 2 0,37 1,12 1,84 24,6 23,9 0,5 4,5 3 0,38 1,21 1,73 24,7 22,5 1,38 4,0 4 0,38 1,03 1,59 25,0 21,3 2,60 35 5 0,41 0,94 1,81 23,7 22,5 4,84 5:1 6 0,39 1,22 1,41 24,3 22,9 - 61 7 0,54 1,14 1,46 24,3 22,6 1,12 3:3 Beispiel 3 Um bei erfindungsgemäßen Stahllegierungen und Stahllegierungen außerhalb der Erfindung die Kriechgeschwindigkeit zu vergleichen, wurden bei einer Temperatur von 1093'C und einer Belastung von 105 kg/ CM2 Versuche durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden in Tabelle 4 unten und in F i g. 2 der Zeichnung, in der die Kriechgeschwindigkeit gegen den Wolframgehalt aufgetragen ist, gezeigt. Tabelle 4 Si Ni Cr W Geschwin- Mtze C Mn digkeit x 10-5 1 0,40 1,49 1,47 24,0 23,9 1,20 11,4 2 0,41 1,81 1,65 24,0 23,9 2,60 17,8 3 0,35 1,99 1,99 24,6 23,4 5,50 20,0 4 0,36 1,04 1,69 23,3 21,6 0,38 10,0 5 0,43 1,10 1,62 24,0 22,0 0,54 9,5 6 0,38 1,12 1,60 24,1 21,6 0,97 9,0 7 0,39 1,02 1,54 23,7 22,0 1,49 9,5 8 0,42 1,11 1,52 24,6 23,5 1,32 10,0 9 0,49 1,05 1,48 24,6 22,0 - 24,0 10 0,35 1,33 1,38 24,6 22,4 - 28,0 11 0,43 1,04 1,52 24,6 21,8 0,88 8,7 12 0,35 1,15 1,68 24,8 22,6 - 18,8 In F i g. 3 A werden die Bruchbeanspruchungskurve (ausgezogene Linie) und die Kriechgeschwindigkeitskurve in Prozent Biegung (gestrichelte Linie) bei 982'C für eine Stahllegierung gezeigt, die folgende Zusammensetzung hat: C Mn si Ni Cr W- 0,42 1,46 1,85 25,6 22,7 1,42 In F i g. 3 B werden die Bruchbeanspruchungskurve (ausgezogene Linie) und die Kriechgeschwindigkeitskurve in Prozent Biegung (gestrichelte Linie) bei 1093'C für dieselbe Stahlle'gierung gezeigt.The following examples illustrate the invention. EXAMPLE 1 Oxidation tests lasting 100 hours on a steel alloy which was used extensively for high-temperature purposes at the specified temperatures prior to the invention and on the steel alloy according to the invention gave the following results: Table 1 1 C 1 Mn 1 si 1 Ni 1 Cr 1 W Fe Steel alloy according to the invention ................. 0:37 1:46 1:90 24: 5 25: 7 1.46 remainder Usual known steel alloy .................. 040 150 170 334 178 - rest Table 2 100 hours of oxidation in air at 1204'C Steel alloy according to the invention 0.109 cm penetration per year, Usual known steel alloy 0.297 cm penetration per year (catastrophic oxidation on the edges). Example 2 In order to compare the steel alloys according to the invention with those which lie outside the limits of the invention with regard to the creep speed, tests were carried out at a temperature of 982 ° C. and a load of 253 kg / cm 2. The results are shown in Table 3 and in FIG. 1 of the drawing, in which the creep speed is plotted against the tungsten content, is shown. Table 3 1 Speed Heat C Mn Si # Necessity 1 XJO-5 1 0.40 1.17 1.62 24.6 22.3 - 5.1 2 0.37 1.12 1.84 24.6 23.9 0.5 4.5 3 0.38 1.21 1.73 24.7 22.5 1.38 4.0 4 0.38 1.03 1.59 25.0 21.3 2.60 35 5 0.41 0.94 1.81 23.7 22.5 4.84 5: 1 6 0.39 1.22 1.41 24.3 22.9 - 61 7 0.54 1.14 1.46 24.3 22.6 1.12 3: 3 Example 3 In order to compare the creep speed of steel alloys according to the invention and steel alloys outside the invention, tests were carried out at a temperature of 1093 ° C. and a load of 105 kg / cm 2. The results of these experiments are shown in Table 4 below and in FIG. 2 of the drawing, in which the creep speed is plotted against the tungsten content, is shown. Table 4 Si Ni Cr W. Speed Mtze C Mn speed x 10-5 1 0.40 1.49 1.47 24.0 23.9 1.20 11.4 2 0.41 1.81 1.65 24.0 23.9 2.60 17.8 3 0.35 1.99 1.99 24.6 23.4 5.50 20.0 4 0.36 1.04 1.69 23.3 21.6 0.38 10.0 5 0.43 1.10 1.62 24.0 22.0 0.54 9.5 6 0.38 1.12 1.60 24.1 21.6 0.97 9.0 7 0.39 1.02 1.54 23.7 22.0 1.49 9.5 8 0.42 1.11 1.52 24.6 23.5 1.32 10.0 9 0.49 1.05 1.48 24.6 22.0 - 24.0 10 0.35 1.33 1.38 24.6 22.4 - 28.0 11 0.43 1.04 1.52 24.6 21.8 0.88 8.7 12 0.35 1.15 1.68 24.8 22.6 - 18.8 In Fig. 3 A shows the breaking stress curve (solid line) and the creep speed curve in percent deflection (dashed line) at 982'C for a steel alloy which has the following composition: C Mn si Ni Cr W- 0.42 1.46 1.85 25.6 22.7 1.42 In Fig. 3 B, the breaking stress curve (solid line) and the percentage Kriechgeschwindigkeitskurve bend (dashed line) shown at 1093'C for the same Stahlle'gierung.

In F i g. 4 werden Veränderungen im Kohlenstoffgehalt gegen die Kriecholeschwindigkeit aufgetragen, und in F i g. 5 werden Veränderungen im Mangangehalt gegen die Kriechgeschwindigkeit aufgetragen, die im übrigen im Bereich der Erfindung liegen.In Fig. 4 changes in the carbon content are plotted against the creep speed, and in FIG . 5 changes in the manganese content are plotted against the creep speed, which otherwise lie within the scope of the invention.

Die vorstehenden Tabellen und die Zeichnung zeigen klar die Bedeutung der Zusammensetzung dieser Stahllegierung und die sehr ausgeprägte Verbesserung t> ZD der Kriech- und Korrosionsbeständigkeit.The above tables and the drawing clearly show the importance of the composition of this steel alloy and the very marked improvement t> ZD of the creep and corrosion resistance.

Aus den bevorzugten Legierungszusammensetzungen gemäß der Erfindung wurden Schalen für Wärmebehandlungsversuche hergestellt. Diese Schalen wurden 4 Monate verwendet, um Teile aufzunehmen, die bei Temperaturen von 870 bis 955'C gehärtet, carbonisiert und carbonitriert werden sollten. Die Schalen wurden abwechselnd auf diese Temperatur erhitzt und dann zum Abschrecken und Anlassen in Öl gestellt. Nach Ablauf der 4 Monate waren alle Schalen in ausgezeichnetem Zustand. Dieser Versuch zeigt die ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit der Stahllegierungen gemäß der Erfindung gegen Thermoschock.Trays for heat treatment trials were made from the preferred alloy compositions according to the invention. These trays were used for 4 months to hold parts that were to be hardened, carbonized and carbonitrided at temperatures of 870 to 955 ° C. The pans were alternately heated to this temperature and then placed in oil for quenching and tempering. At the end of the 4 months, all dishes were in excellent condition. This test shows the excellent resistance of the steel alloys according to the invention to thermal shock.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Stahllegierung mit hoher Warmfestigkeit und Beständigkeit gegen Korrosion sowie Thermoschock bei 870 bis 1200'C, bestehend aus 0,3 bis 0,90/, Kohlenstoff, 20 bis 300/0 Chrom, 15 bis 35010 Nickel, 0,8 bis 40/, Mangan, 0,9 bis 3,5 0/0 Silicium, 0,3 bis 4/, Wolfram, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten, übliche.9 Verunreinigungen. Claims: 1. Steel alloy with high heat resistance and resistance to corrosion as well as thermal shock at 870 to 1200'C, consisting of 0.3 to 0.90 /, carbon, 20 to 300/0 chromium, 15 to 35010 nickel, 0.8 to 40 /, manganese, 0.9 to 3.5% silicon, 0.3 to 4 /, tungsten, the remainder iron with the usual 9 impurities caused by the melting process. 2. StahlIeg#erung nach Anspruch 1 mit einer Mindestzeitstandfestigkeit von 980bB1400 # 2,80 kg je MM2 und lo93ÖBI... = 1,40 kg/MM2, bestehend aus 0,35 bis 0,750/, Kohlenstoff, 23 bis 30 ')/0 Chrom, 20 bis 30 ()/, Nickel, 1,2 bis 2,4 0/, Mangan, 1,2 bis 2,5 #/,) Silicium, 0,5 bis 1,75 0/, Wolfram, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten, üblichen Verunreinigungen. 3. Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus 0,4l)/, Kohlenstoff, 230/0 Chrom, 250/0 Nickel, 1,51)1,) Mangan, 20/, Silicium, 1,450/0 Wolfram, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten üblichen Verunreinigungen. 4. Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, jedoch mit einem zusätzlichen Niobgehalt von 0,15 bis 10/". In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 140 041.2. Steel reinforcement according to claim 1 with a minimum creep strength of 980bB1400 # 2.80 kg per MM2 and lo93ÖBI ... = 1.40 kg / MM2, consisting of 0.35 to 0.750 /, carbon, 23 to 30 ') / 0 chromium, 20 to 30 () /, nickel, 1.2 to 2.4 0 /, manganese, 1.2 to 2.5 # /,) silicon, 0.5 to 1.75 0 /, tungsten, remainder Iron with usual impurities from the melting process. 3. Steel alloy according to claims 1 and 2, consisting of 0.4l) /, carbon, 230/0 chromium, 250/0 nickel, 1.51) 1,) manganese, 20 /, silicon, 1.450 / 0 tungsten, remainder Iron with the usual impurities from the melting process. 4. Steel alloy according to Claims 1 to 3, but with an additional niobium content of 0.15 to 10 / ". Considered publications: Austrian Patent No. 140 041.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT140041B (en) * 1933-01-25 1934-12-27 Richard Ing Rollett Heat-resistant austenitic steel alloys.

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