DE1295851B

DE1295851B - Use of a chrome-nickel alloy as a material for devices for glass fiber production

Info

Publication number: DE1295851B
Application number: DEO10476A
Authority: DE
Inventors: Heitmann Arthur C
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1963-10-30
Filing date: 1964-10-28
Publication date: 1969-05-22
Also published as: DK116397B; US3318694A; NL6412470A; GB1041930A; LU47189A1; FI43500B; NL126516C; DE1758721B1; BE654656A

Description

ren zur Herstellung thermisch und mechanisch bean- ίο Niob oder Tantal und Niob die Bildung von Chromspruchter Teile, wie z. B. Turbinenschaufeln aus einer karbiden an den Korngrenzen nicht verhindern. Wirdren for production thermally and mechanically complain ίο niobium or tantalum and niobium the formation of chromium damage Parts such as B. turbine blades made of a carbide at the grain boundaries do not prevent. Will

solchen Legierung. Dabei sind aber nur ganz grobe Grenzen für ganze Gruppen von Legierungsbestandteilen angegeben, innerhalb deren noch eine unübersehbare Fülle von Möglichkeiten verbleibt.such alloy. However, there are only very rough limits for whole groups of alloy components indicated, within which an immense number of possibilities remains.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, solchen Legierungen bei genauer Angabe ihrer Zusammensetzung ein neues Anwendungsgebiet zu erschließen. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber bestimmten StoffenThe invention is based on the object of such To open up a new field of application for alloys with precise details of their composition. It has been found that their resistance to certain substances

wiederum weniger als 0,1% Kohlenstoff benutzt, können sich die Karbide von Wolfram, Eisen und Molybdän nicht bilden, und das Material verliert seine Festigkeit.In turn, if less than 0.1% carbon is used, the carbides of tungsten, iron and Molybdenum does not form, and the material loses its strength.

Zweckmäßig ist nach der Erfindung die Verwendung einer Legierung der vorstehenden Zusammensetzung mit 45 bis 55% Nickel für den angegebenen Zweck.According to the invention, it is expedient to use an alloy of the above composition with 45 to 55% nickel for the stated purpose.

Sofern die Legierung gegossen wird, ist ein ZusatzIf the alloy is cast, there is an additive

sich durchaus unterschiedlich zur allgemeinen Wider- von Silizium oder Mangan bzw. von Silizium und Standsfähigkeit gegenüber Oxydation verhält. Eine Mangan zweckmäßig. Die Erfindung schlägt also die Chrom-Nickel-Legierung, die an sich gegen Oxyda- Verwendung einer Legierung der genannten Art mit tion sehr widerstandsfähig ist, braucht keineswegs zusätzlich bis zu 5% Silizium oder mit zusätzlich bis notwendigerweise ebenso widerstandsfähig gegenüber 25 zu 5% Mangan für den genannten Zweck vor. Die bestimmten Stoffen zu sein. bevorzugten Bereiche liegen hier bei einem Zusatz Die Erfindung besteht nun in der Verwendung von 0 bis 1,5% Silizium oder Mangan. Bei Zusatz einer Legierung aus 33 bis 37% Chrom, 3 bis 3,5% von beiden Bestandteilen liegt die Erfindung in der Wolfram, 3 bis 3,5% Molybdän, 1 bis 3% Niob Verwendung einer vorstehend genannten Legierung oder Tantal und Niob, 0,1 bis 0,35 % Kohlenstoff, 30 mit einem Anteil von Silizium und Mangan im Ver-2 bis 10% Eisen, Rest Nickel als Werkstoff für ther- hältnis 3 :1 bis 6 :1 für den angegebenen Zweck, misch und mechanisch beanspruchte Geräte zur Glas- Und schließlich schlägt die Erfindung noch die faserherstellung, insbesondere nach dem Zentrifugal- Verwendung einer der vorstehenden Legierungen mit verfahren. Anteilen von etwa 52% Nickel, 35% Chrom, 3,5% Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß der 35 Eisen, 3% Wolfram, 3% Molybdän, 1% Niob, Abgriff von geschmolzenem Glas in erster Linie 0,25% Kohlenstoff, 1,25% Silizium und 1% Mandurch die Ausscheidung von Chromkarbiden an den gan für den angegebenen Zweck vor. Korngrenzen erfolgt. Offensichtlich werden diese Um ein Bild über die bei der vorgeschlagenen Ver-Chromkarbide durch Sauerstoff in Chromoxyde um- wendung auftretenden Beanspruchungen und Bedingewandelt, und letztere werden durch das geschmol- 40 gungen zu erhalten, sei noch kurz darauf hingewiesen, zene Glas sehr leicht ausgeschwemmt, so daß in die- daß Glasfasern nach dem sogenannten Dreh- oder sem Zustand die Legierung dem geschmolzenen Glas Zentrifugalverfahren hergestellt werden können. Dakeinen ausreichenden Widerstand leisten kann. Es hat bei wird ein geschmolzener Glasstrom bei einer Temsich weiter herausgestellt, daß nur ein bestimmter peratur oberhalb der Schmelztemperatur in eine sich Chromgehalt in Lösung im Nickel die Widerstands- 45 drehende Zentrifuge eingeführt. Diese hat Umfangsfähigkeit der Gießform gegenüber dem Glas verbes- Öffnungen, durch die das geschmolzene Glas in kleisert. Um dieses Problem zu lösen, wird ein empfind- nen Strömen durch die Zentrifugalkraft herausgeliches Gleichgewicht des Chromgehaltes vorgeschla- drückt wird. Die Glasströme werden dann Üblichergen. Der letztere soll so hoch wie möglich sein, ohne weise noch zu feinen Fasern geschwächt. Die Zentrijedoch die merkbare Bildung von Chromkarbiden an 50 fuge kann eine im wesentlichen zylindrische Umden Korngrenzen zur Folge zu haben. Wenn z. B. fangswand haben, in der die Öffnungen oder Löcher der Chromgehalt den angegebenen Wert von 37% vorgesehen sind. Wirtschaftliche und praktisch überschreitet, ist es nicht mehr länger möglich, die brauchbare Leistungen können jedoch nur dann erAusscheidung von Chromkarbiden zu verhindern, zielt werden, wenn mehrere tausend solcher öffnun- und der geschilderte Angriff des geschmolzenen 55 gen vorhanden sind, und nur dann, wenn die Zentri-Glases findet ungehindert statt. Wird andererseits die fuge mit mindestens mehreren tausend Umdrehungen untere Grenze von 33% an Chrom unterschritten,
so hat die Gießform nicht mehr die nötige Widerstandsfähigkeit. behaves quite differently to the general resistance of silicon or manganese or of silicon and stability to oxidation. A manganese expedient. The invention thus proposes the chromium-nickel alloy, which is very resistant to Oxyda use of an alloy of the type mentioned with tion, does not need up to 5% silicon or with additional to necessarily just as resistant to 25 to 5% manganese for the stated purpose. To be the definite fabrics. preferred ranges here are an additive. The invention now consists in the use of 0 to 1.5% silicon or manganese. With the addition of an alloy of 33 to 37% chromium, 3 to 3.5% of both components, the invention lies in the tungsten, 3 to 3.5% molybdenum, 1 to 3% niobium using an above-mentioned alloy or tantalum and niobium, 0.1 to 0.35% carbon, 30 with a proportion of silicon and manganese in a ratio of 2 to 10% iron, the remainder nickel as a material for a thermal ratio of 3: 1 to 6: 1 for the stated purpose, mixed and mechanical claimed devices for glass and finally the invention also proposes fiber production, in particular after the centrifugal use of one of the above alloys with processes. Contents of about 52% nickel, 35% chromium, 3.5% Extensive tests have shown that the 35 iron, 3% tungsten, 3% molybdenum, 1% niobium, tapping of molten glass primarily 0.25% carbon, 1.25% silicon and 1% M through the precipitation of chromium carbides to the gan for the stated purpose. Grain boundaries takes place. Obviously, in order to get a picture of the stresses and conditions that occur with the proposed chromium carbides through the use of oxygen in chromium oxides, and the latter are melted, we should briefly point out that the glass is very easily washed out, so that in this - that glass fibers after the so-called twisted or sem state, the alloy can be produced to the molten glass centrifugal process. Dak cannot offer sufficient resistance. A molten glass stream at a Temsich has also shown that the resistance-rotating centrifuge is introduced into a chromium content in solution in the nickel only at a certain temperature above the melting temperature. This improves the circumference of the casting mold compared to the glass. In order to solve this problem, a sensible flow is suggested by the centrifugal force, which balances the chromium content. The glass streams then become more common. The latter should be as high as possible without being wise or weakened too fine fibers. The centrifuge, however, the noticeable formation of chromium carbides at the joint can result in a substantially cylindrical around the grain boundaries. If z. B. have a retaining wall in which the openings or holes of the chromium content are provided the specified value of 37%. Economical and practical, it is no longer possible, but the useful performance can only be prevented from precipitating chromium carbides if several thousand such openings and the described attack of the molten gene are present, and only if the Zentri-Glases takes place unhindered. On the other hand, if the joint falls below the lower limit of 33% of chromium with at least several thousand turns,
so the mold no longer has the necessary resistance.

Der Zusatz von Wolfram, Molybdän und Eisen hat den Zweck, die Legierung so nahe wie möglich an das
Eutektikum zu verschieben, ohne dabei die Bildung
einer merkbaren Menge von Chromkarbiden zur
Folge zu haben. Es werden nämlich Eisenkarbide,The purpose of adding tungsten, molybdenum and iron is to make the alloy as close as possible to that
Eutectic move without losing the formation
a noticeable amount of chromium carbides
To have consequence. There are namely iron carbides,

Molybdänkarbide und Wolframkarbide bevorzugt vor 65 peratur erfordern und bei denen ein hoher Widerden Chromkarbiden gebildet. Jedoch werden die stand gegenüber geschmolzenem Glas und gegenüber ersteren nicht in derselben Art und Weise durch das Luft, hohe Zeitstandfestigkeit und eine hohe Warmgeschmolzene Glas angegriffen wie Chromkarbide. festigkeit erforderlich ist. Molybdenum carbides and tungsten carbides preferably require temperatures below 65 and where a high resistance Chromium carbides formed. However, the face will be melted glass and face the former are not attacked in the same way by the air, high creep strength and a high level of hot-melted glass as chromium carbides. strength is required.

pro Minute rotiert. Eine solche Einrichtung wird
außerdem noch bei einer Temperatur von mindestens
etwa 1093° C betrieben.rotates per minute. Such a facility will
also at a temperature of at least
operated about 1093 ° C.

Die angegebene Legierung ist für die nach der
Erfindung vorgeschlagene Verwendung bei dieser
Form von Zentrifugen vorteilhaft. Sie kann ferner
in günstiger Weise für solche Geräte bei der Glasfaserherstellung benutzt werden, die eine hohe Tem-The specified alloy is for the after
Invention proposed use in this
Form of centrifuges advantageous. You can also
can be used favorably for such devices in fiber optic production, which have a high tem-

Die nachfolgende Beschreibung gibt Beispiele für erfindungsgemäße Anwendungen und die hierfür speziell geeigneten Legierungen an.The following description gives examples of applications according to the invention and those specifically for this suitable alloys.

Eine derartige Legierung hat eine Zusammensetzung, die in der folgenden Tabelle angegeben ist.Such an alloy has a composition which is given in the following table.

Zusammen
setzungTogether
settlement Menge
in Gewichtsprozentlot
in percent by weight Ni Ni breiter Bereich
45 bis 55
33 bis 37
3 bis 3,5
2 bis 10wide range
45 to 55
33 to 37
3 to 3.5
2 to 10 Cr Cr 0,1 bis 0,35
0 bis 50.1 to 0.35
0 to 5 W W. 0 bis 50 to 5 Fe Fe 3 bis 3,5
1 bis 33 to 3.5
1 to 3 C C. Si Si Mn Mn Mo Mon Nb Nb

Diese Legierung kann nach den üblichen und be- 20 kannten Schmelzverfahren für Nickel-Legierungen hergestellt werden, jedoch sind möglichst reine Bestandteile erwünscht, um Verunreinigungen auszuschließen und die endgültige Legierungszusammensetzung sorgfältig zu steuern. Vorzugsweise werden 25 Die Legierung C hatte folgende Zusammensetzung:This alloy can be used according to the usual and customary 20 Known melting processes for nickel alloys are produced, but the components are as pure as possible desirable to exclude impurities and the final alloy composition to steer carefully. 25 Alloy C had the following composition:

Eine Prüfstange aus dieser Legierung wurde in geschmolzenes Glas bei 1204° C 2 Stunden lang eingetaucht und hatte dann einen Gewichtsverlust von 0,6%.A test bar made of this alloy was immersed in molten glass at 1204 ° C for 2 hours and then had a weight loss of 0.6%.

Aus dieser Legierung wurden Hauben bzw. Trommeln für Vorrichtungen für die Herstellung von Glasfasern im Zentrifugalverfahren gegossen und bearbeitet. Diese Trommeln hatten einen durchschnittlichen äußeren Durchmesser von 203,2 mm, wobei mehrere tausend radiale strahlbildende Öffnungen in der senkrechten, im wesentlichen zylindrischen äußeren Umfangswand vorhanden waren, die ungefähr 31,75 mm hoch und 3,175 bis 6,35 mm breit war. Die äußere Umfangswand wurde von einer oberen konischen Wand gehalten, die sich nach innen bis zu einem geeigneten Befestigungsmittel zur Befestigung an einer sich drehenden Hohlwelle einer rotierenden Faserbildungsvorrichtung erstreckt. Diese Gefäße hatten im Durchschnitt eine Lebensdauer von 107 Stunden.From this alloy hoods or drums for devices for the production of Glass fibers cast and processed using the centrifugal process. These drums were average outer diameter of 203.2 mm, with several thousand radial jet-forming openings in of the vertical, substantially cylindrical outer peripheral wall, which were approximately Was 31.75 mm high and 3.175 to 6.35 mm wide. The outer peripheral wall was from an upper one conical wall held that extends inwardly up to a suitable fastener for attachment on a rotating hollow shaft of a rotating fiber forming device. These vessels had an average lifespan of 107 hours.

Zum Vergleich wurden die Gefäße für die gleiche Vorrichtung aus der nachstehend erläuterten Legierung C hergestellt. Sie hatten dann nur eine durchschnittliche Lebensdauer von ungefähr 90 Stunden.For comparison, the vessels for the same Device made from alloy C discussed below. They then only had an average Lifespan of about 90 hours.

deshalb die meisten Bestandteile in der Form von relativ reinen Metallen hinzugefügt, obgleich auch Vorlegierungen, wie beispielsweise Ferrochrom, Ferromangan, Ferrosilizium u. dgl., verwendet werden können. Zweckmäßig geht der Schmelzprozeß in einem neutralen Tiegel unter einer Argonatmosphäre vor sich. Gegebenenfalls kann jedoch die Charge in geschmolzenem Zustand auch durch Schlacke bekannter Art abgedeckt und geschützt werden, wie sie für Nickel-Legierungen geeignet ist. Andere und zusätzliche Bestandteile, wie beispielsweise zusätzliche Chargen von Chrom, Mangan, Silizium, Wolfram, Molybdän, Niob u. dgl., wie sie für die gewünschte Legierungszusammensetzung erforderlich sind, können bei Schmelztemperaturen oberhalb von 1480 bis 1540° C oder auch mit der ursprünglichen Charge von Chrom und Nickel zugefügt werden. Die Erwärmung wird dann fortgesetzt, und im allgemeinen erfolgt der Schmelzvorgang zwischen ungefähr 1555 und 1648° C, wenn der Guß erfolgt. Ferner kann ein geeignetes Flutmittel noch kurz vor dem Gießen hinzugefügt werden, um so der Schmelze die Fließbarkeit zu verleihen.therefore most of the ingredients are added in the form of relatively pure metals, although also Master alloys such as ferrochrome, ferromanganese, ferrosilicon and the like can be used can. The melting process expediently takes place in a neutral crucible under an argon atmosphere in front of you. If necessary, however, the charge can also pass through in the molten state Slag of known type are covered and protected, as it is suitable for nickel alloys. Other and additional components, such as additional batches of chromium, manganese, silicon, Tungsten, molybdenum, niobium and the like as required for the desired alloy composition are, can at melting temperatures above 1480 to 1540 ° C or with the original Batch of chromium and nickel can be added. Heating then continues, and in general the melting process occurs between approximately 1555 and 1648 ° C when the casting occurs. Further a suitable flooding agent can be added shortly before casting in order to give the melt the To give flowability.

Diese Legierung eignet sich gut für Hauben, Zentrifugengehäuse oder -trommeln, Buchsen, Düsenträgergestelle od. dgl. Die gegossene Legierung kannThis alloy is well suited for hoods, centrifuge housings or drums, bushings, nozzle support frames or the like. The cast alloy can

Nickel 62,45%Nickel 62.45%

Chrom 26,6%Chromium 26.6%

Wolfram 5,55%Tungsten 5.55%

Eisen 3,3%Iron 3.3%

Kohlenstoff 0,25%Carbon 0.25%

Silizium 1,25%Silicon 1.25%

Mangan 1,1 %Manganese 1.1%

3535

4040

geschweißt und spanabhebend bearbeitet werden.welded and machined.

example

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wurde nun ein spezielles Ausführungsbeispiel der Legierung hergestellt. Diese Legierung bestand gemäß der Analyse im wesentlichen aus den folgenden, in Gewichtsprozent angegebenen Teilen:In accordance with the method described above, a special embodiment of the alloy has now been made manufactured. This alloy, as analyzed, consisted essentially of the following, in percent by weight specified parts:

Nickel 52%Nickel 52%

Chrom 35%Chromium 35%

Eisen 3,5%Iron 3.5%

Wolfram 3,0%Tungsten 3.0%

Molybdän 3,0%Molybdenum 3.0%

Niob 1,0%Niobium 1.0%

Kohlenstoff 0,25%Carbon 0.25%

Silizium 1,25%Silicon 1.25%

Mangan 1,0%Manganese 1.0%

Vergleichsweise hatte eine gegossene Stange in der Legierung C einen Gewichtsverlust von 0,7 %.By comparison, a cast bar in alloy C had a 0.7% weight loss.

Silizium und Mangan sind an sich für die Festigkeit oder den Korrosionswiderstand nicht erforderlich, brauchen also nur hinzugefügt werden, wenn das Metall gegossen werden soll. Für gute Gießeigenschaften sollte das molare Verhältnis von Silizium zu Mangan mindestens 3 :1 und nicht mehr als 6:1, vorzugsweise ungefähr 5:1, sein.Silicon and manganese are not required per se for strength or corrosion resistance, so only need to be added when the metal is to be cast. For good casting properties the molar ratio of silicon to manganese should be at least 3: 1 and not more than 6: 1, preferably about 5: 1.

Diese Legierungen lassen sich gemäß der Erfindung mit ihrer einzigartigen Kombination von erwünschten Eigenschaften in bester Weise für den vorgeschlagenen Zweck verwenden. Die Herstellung und Auswertung einer Anzahl solcher Legierungen, die mehr oder weniger der verschiedenen Komponenten aufweisen, hat ergeben, daß die angegebenen begrenzten und ausgeglichenen Mengen notwendig sind, um die Vorteile zu erreichen. Die überragende Lebensdauer und die ausgezeichnete Korrosionswiderstandsfähigkeit gegenüber Glas rühren bei dieser Legierung wahrscheinlich von einer einmaligen Ausgewogenheit der Mengen der verschiedenen Bestandteile her. Metallographische Studien und Mikrogefügenanalysen der Legierung unterstützen diesen Schluß.These alloys can be made according to the invention with their unique combination of desired Make the best use of properties for the purpose proposed. The manufacture and Evaluation of a number of such alloys, representing more or less of the various components have, has shown that the specified limited and balanced amounts are necessary to to achieve the benefits. The outstanding service life and excellent corrosion resistance versus glass are likely to be of a unique balance in this alloy the amounts of the various ingredients. Metallographic studies and microstructural analyzes of the alloy support this conclusion.

Im allgemeinen hat die Legierung eine dentritische Struktur aus komplexen Karbiden in einem austenitisehen Gefüge aus Nickel, Chrom, Eisen und Wolfram. Der optimale Kohlenstoffgehalt der Legierung ist ungefähr 0,25%. Bei 0,25 % Kohlenstoffgehalt hat das Legierungsmikrogefüge eine willkürliche, beliebige feine und nichtsphärische Karbidausfällung, die gleichmäßig verteilt ist. Im Gegensatz hierzu wurden massive Primärkarbide und lange fortlaufende, nadeiförmige Karbidteilchen in Legierungen gefunden, die einen etwas höheren Kohlenstoffgehalt hatten. BeiIn general, the alloy has a dendritic structure of complex carbides in an austenite look Structure made of nickel, chromium, iron and tungsten. The optimal carbon content of the alloy is approximate 0.25%. At 0.25% carbon, the alloy microstructure is arbitrary, arbitrary fine and non-spherical carbide precipitation that is evenly distributed. In contrast, were massive primary carbides and long-running acicular carbide particles found in alloys containing the had a slightly higher carbon content. at

geringeren Kohlenstoffgehalten ist das ausgeschiedene Karbidgefüge feiner und willkürlicher verteilt. Aus dem Studium der Mikrogefüge von Versuchs-Legierungen mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten hat sich ergeben, daß der angegebene Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,35% in einer optimalen Menge von karbidbildenden Elementen, wie Eisen, Chrom und Wolfram, im Gefüge erhalten bleiben muß, um die mechanische Festigkeit und den ausnahmsweise hohen Korrosionswiderstand bei hohen Temperaturen zu erzielen. Die Gegenwart von Karbiden in dem Gefüge verfestigt die Legierung in einer Art, wie dies bei der Dispersionshärtung der Fall ist. Ein optimaler Korrosionswiderstand gegenüber geschmolzenem Glas wird bei ungefähr 0,25% Kohlenstoffgehalt erzielt, bei dem die Legierung eine diskontinierliche, feine Karbidausscheidung im ganzen Gefüge zeigt. Höhere Kohlenstoffgehalte ergeben eine erheblich erhöhte Korrosionsanfälligkeit. Das Legierungsgefüge schützt sich selbst in bezug auf Luftoxydierung und ist relativ beständig gegen den Angriff von Glas.With lower carbon contents, the precipitated carbide structure is finer and more randomly distributed. the end studying the microstructure of test alloys with different carbon contents result that the specified carbon content of 0.1 to 0.35% in an optimal amount of carbide-forming elements, such as iron, chromium and tungsten, must be retained in the structure in order to achieve the mechanical strength and the exceptionally high corrosion resistance at high temperatures to achieve. The presence of carbides in the structure solidifies the alloy in a manner like that this is the case with dispersion hardening. An optimal corrosion resistance against molten Glass is obtained at about 0.25% carbon content at which the alloy has a discontinuous, shows fine carbide precipitation throughout the structure. Higher carbon contents result in a significantly increased Susceptibility to corrosion. The alloy structure protects itself with respect to air oxidation and is relatively resistant to attack by glass.

Claims

Patent claims:

1. Use of an alloy of 33 to 37% chromium, 3 to 3.5% tungsten, 3 to 3.5% Molybdenum, 1 to 3% niobium or tantalum and niobium, 0.1 to 0.35% carbon, 2 to 10% iron, The remainder of nickel as a material for thermally and mechanically stressed devices for glass fiber production, especially after the centrifugal process.

2. Use of an alloy according to claim 1 with 45 to 55% nickel for the in claim 1 stated purpose.

3. Use of an alloy according to claim 1 and additionally with up to 5% silicon for the purpose mentioned in claim 1.

4. Use of an alloy according to claim 1 and additionally with up to 5% manganese for the purpose mentioned in claim 1.

5. Use of an alloy according to claim 1 and 3 with 0 to 1.5% silicon for the in claim 1 stated purpose.

6. Use of an alloy according to claim 1 and 4 with 0 to 1.5% manganese for the in claim 1 stated purpose.

7. Use of an alloy according to one of claims 3 to 6 with a proportion of silicon and manganese in a ratio of 3: 1 to 6: 1 for the purpose stated in claim 1.

8. Use of an alloy according to one of claims 1 to 7 with proportions of about 52% Nickel, 35% chromium, 3.5% iron, 3% tungsten, 3% molybdenum, 1% niobium, 0.25% carbon, 1.25% silicon and 1% manganese for the purpose mentioned in claim 1.