DE1533228B1 - Verwendung einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung zur Herstellung von zaehen,warm- und kaltformbaren Gegenstaenden,die bei Temperaturen ueber 500 deg.C dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadium und/oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetztsind - Google Patents

Description

von 10 bis 20% die Zunderbeständigkeit von Nickellegierungen nicht wesentlich verschlechtert. Weiterhin ist dort ausgeführt, daß bei Chromgehalten von 20% bereits bei 20% Eisen eine starke Herabsetzung der 5 Gewichtsverluste bei Angriff durch trockenes bzw. feuchtes Kohlenmonoxyd erfolgt. Es findet sich jedoch in dieser Literaturstelle kein Hinweis, wie eine Nickellegierung im Hinblick auf Beständigkeit gegen Vanadinpentoxyd- und Schwefelwasserstoff-Angriffe zuvanadium- und schwefelhaltigen Bestandteile. Der io sammengesetzt sein soll.

Einsatz von schwerem Heizöl ist wegen der durch Es hat sich nun völlig unerwarteterweise heraus-

diese Bestandteile hervorgerufenen Korrosionserschei- gestellt, daß bestimmte Nickel-Chrom-Eisen-Legienungen, die an metallischen Bauteilen bei Betriebs- rungen mit etwa 20% Chrom und in bestimmter temperaturen über etwa 500° C auftreten, bisher nur Weise begrenztem Eisengehalt eine ähnlich gute Besehr beschränkt möglich gewesen. In einigen Anwen- 15 ständigkeit gegen Hochtemperaturkorrosion aufweidungsfällen boten Chrom-Nickel-Legierungen mit 50 sen wie die bekannten Chrom-Nickel-Legierungen bis 60% Chrom einen Ausweg bei der Auswahl von mit 50 bis 60% Chrom. Zusätzlich sind die neuen Werkstoff für gefährdete Konstruktionsteile. So haben Legierungen auch warm- und kaltformbar sowie zäh. sich z. B. ungekühlte, gegossene Uberhitzerrohrhalte- Es wurde gefunden, daß diese Forderungen von

rungen und Unterstützungen aus diesen Werkstoffen 20 einer Legierung aus im praktischen Betrieb bewährt. Von Nachteil ist
jedoch, daß mit zunehmendem Chromgehalt der
Chrom-Nickel-Legierungen die Formbarkeit, Zähigkeit und Warmfestigkeit abnehmen. Die Legierung
60/40 Cr-Ni kann sogar nur im Gußzustand verwen- 25
det werden. Daraus ergibt sich eine zusätzliche Beschränkung für den Einsatz dieser Legierung.

Es ist bekannt, Nickellegierungen als Werkstoffe für Turbinenschaufeln und Auslaßventile zu verwenden. Eine bekannte Nickellegierung besteht aus 2 bis 14% Aluminium, 1 bis 23% Chrom, Rest Nickel, wobei bis 10% Eisen und/oder Kobalt mit einem Mindestkobaltgehalt von 0,1%, bis 5% Mangan und/ oder Kupfer und bis 7% Molybdän und/oder Wolfram

als Ersatz des Nickels vorgesehen werden kann 35 über 500° C dem Angriff von Verbrennungsprodukten (britische Patentschrift 583 807). Die Eigenschaften von Vanadium und/oder Schwefel enthaltenden Brenndieser bekannten Nickellegierung, die für Auslaßventile von Verbrennungsmotoren und Schaufeln
von Turbinen verwendet werden soll, werden allgemein mit fest und widerstandsfähig gegen Oxydation 4° pentoxyd (V₂O₅) und Schwefelwasserstoff (H₂S). Eine und Korrosion bei höheren Temperaturen angegeben. Legierung mit den erfindungsgemäß angegebenen Legierungen aus diesem bekannten Bereich sind aber,
wie festgestellt werden konnte, nicht ausreichend beständig gegenüber dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Brennstoffen, die Vanadium und/oder 45 stand gegen den Angriff von Vanadinpentoxyd ist bei Schwefel enthalten. einem derartigen Eisengehalt verhältnismäßig groß.

Das gleiche gilt für eine weitere bekannte Nickel- Dieser nimmt zwar bis zu einem Eisengehalt von Kobalt-Chrom-Legierung, die 5 bis 45% Chrom und etwa 17% noch weiter zu, jedoch wird die Bestänbis insgesamt 40% eines oder mehrerer der Elemente digkeit der Legierung gegen den Angriff von Schwefel-Molybdän, Wolfram, Eisen, Mangan, Aluminium, 5° wasserstoff wieder etwas geringer. In dem angegebenen Vanadium, Titan, Niob, Silizium und Kohlenstoff Bereich von 10 bis 17% Eisen wurde das Optimum

18 bis 25% Chrom, 10 bis 17% Eisen,

1,6 bis 5% Aluminium,

0 bis 5% Silizium,

0 bis 1% Mangan,

0 bis 0,1% Kohlenstoff,
Rest Nickel einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, insbesondere
bis 0,02% Bor und 0,2% Zirkonium,

mit der Maßgabe, daß die Summe der Gehalte an Aluminium und Silizium 5Ξ 6% beträgt, erfüllt werden, die daher zur Herstellung von zähen, warm- und kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen

stoffen ausgesetzt sind, in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.
Besonders heftig ist z. B. der Angriff von Vanadin-

Grenzen mit dem unteren Gehalt von 10% Eisen besitzt die größte Beständigkeit gegen den Angriff von Schwefelwasserstoff bei 650⁰C. Auch der Wider

enthalten kann mit der Maßgabe, daß der Kohlenstoffgehalt 1% und die Gehalte an Titan und Silizium 5% und die übrigen 25% nicht übersteigen, Rest mit wenigstens 50% Nickel oder Nickel+Kobalt (britische Patentschrift 734 210). Auch diese bekannten Legierungen sind nicht ohne weiteres beständig gegenüber dem Angriff von Schwefelwasserstoff und Vanadinpentoxyd bei hohen Temperaturen.

Es wurde gefunden, daß nur bei Einhaltung sehr enger 60 Zusatz von 1,6 bis 5% Aluminium zu erreichen. Die Grenzen für bestimmte Legierungselemente, die unten Summe der Gehalte an Silizium und Aluminium näher beschrieben werden, eine ausreichende Be- sollten jedoch 6% nicht überschreiten, um örtliche ständigkeit in dieser Hinsicht erreicht werden kann.
Aus dem Fachbuch »Zahlenwerte und Funktionen«
von L a η d ο 11—B ö r η s t e i n, Band Technik I V/2b, ⁶5
1964, S. 417, ergibt sich der allgemein gehaltene
Hinweis, daß Eisen als teilweiser Ersatz von Nickel
in Legierungen mit einem konstanten Chromgehalt

der Beständigkeit gegen den gleichzeitigen Angriff von Schwefelwasserstoff und Vanadinpentoxyd gefunden.

Der Widerstand der Legierung gegenüber einem Angriff von Vanadinpentoxyd läßt sich durch Zugabe von bis zu 5% Silizium noch weiter verbessern. Ein erhöhter Schutz gegen den Angriff von Schwefel unter reduzierenden Bedingungen ist durch einen

Aufschmelzungen zu vermeiden. Als besonders vorteilhaft haben sich Legierungen mit

18 bis 22% Chrom,
11 bis 15% Eisen,
2 bis 3% Aluminium,

2 bis 3% Silizium,

O bis 0,8% Mangan,

Obis 0,08% Kohlenstoff, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen

für den Zweck gemäß der Erfindung herausgestellt. An Hand der nachfolgenden Seispiele werden die Vorteile aufgezeigt, die sich durch die Verwendung der vorgeschlagenen Legierung für den Zweck nach der Erfindung ergeben. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind zum Vergleich einige unter den selben Bedingungen erhaltene Ergebnisse von Korrosionsversuchen an Chrom-Nickel- und Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen angegeben:

Tabelle 1

Legierung	H2S bei 650° C Gewichts zunahme in g, m2 · h	V2O5 bei 9251C Gewichts zunahme in g/m2 ■ h
Ni20Cr .	27	1210
Ni50Cr	25	910
Ni60Cr	25	224
Ni20Crl3Fe	17	174
Ni20Crl6Fe	25	144
Ni20Crl3Fe2,5Si Ni20Crl3Fe2,5Si2,5Al..	25 10	74 80

Zusatz von zur Aushärtung führenden Elementen, wie Aluminium, Titan, Tantal/Niob, erreicht werden, ohne daß die hohe Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen eine stärkere Einbuße erleidet. So können gemäß der Erfindung 2 bis 5,5% Niob und/oder Tantal sowie bis 1,4% Titan einzeln oder gemeinsam vorhanden sein.

Weiterhin wurde festgestellt, daß es in bezug auf die Zeitstandfestigkeit erforderlich ist, die Chrom- und Eisengehalte aufeinander abzustimmen. Die Zeitstandfestigkeit bei 750⁰C nimmt mit größer werdendem (Cr-t-Fe)-Gehalt ab. Deshalb soll gemäß der Erfindung vorzugsweise der Gehalt dieser Aluminium-, Titan-, Niob/Tantal- sowie auch Bor- und Zirkonlegierten Werkstoffe 35% (Cr+Fe) nicht übersteigen. Als besonders geeignet hat sich eine Legierung mit mit

18	bis	21%	Chrom,
11	bis	15%	Eisen,
1,6	bis	2,5%	Aluminium,
0	bis	0,3%	Silizium,
2,5	bis	3,5%	Niob und Tantal,
0,6	bis	1,4%	Titan,
0	bis	0,5%	Mangan,
0	bis	0,08%	Kohlenstoff,
0	bis	0,01%	Bor,
0	bis	0,1%	Zirkonium,

Wenn bei den vorgeschlagenen Konstruktionswerkstoffen ein erhöhter Widerstand gegen mechanische Beanspruchung gefordert wird, so kann dies durch Rest Nickel und üblichen Verunreinigungen

für den erfindungsgemäßen Verwendungszweck ergeben.

In Tabelle 2 ist die chemische Zusammensetzung einiger Legierungen in den erfindungsgemäßen Grenzen enthalten:

Tabelle

Nr.	C	Si	Mn	Cr	Fe	AI	Ti	Nb/Ta	Ni
I	0,014	0,06	0,03	19,78	13,61	1,69	2,36	—	Rest
II	0,019	0,09	Sp.	19,88	12,51	1,58	—	5,01	Rest
III	0,024	3,02	Sp.	19,85	11,71	1,67	—	5,28	Rest
IV	0,063	Sp.	0,28	19,01	12,68	2,02	1,12	3,10	Rest
V	0,078	1,68	0,25	19,10	12,43	2,04	0,98	2,63	Rest

und Zusätze von 0,02% Zr und 0,003% B.

Nach einer Lösungsglühbehandlung der in Tabelle 2 aufgeführten Legierungen von 1 bis 2 Stunden bei Temperaturen von 1100 bis 1200° C und nach einer anschließenden Auslagerung von 100 Stunden bei 700° C wurden die in Tabelle 3 aufgeführten Härtewerte ermittelt:

Tabelle 4 Tabelle 3

TvTt-	Vickershärte in	HV10
Nr.	lösungsgeglüht	ausgehärtet
I	160	320
II	160	400
III	220	410
IV	190	440
V	220	420

Korrosionsversuche an den vorstehend aufgeführten Legierungen führten zu folgenden Ergebnissen:

Nr.	H2S bei 6500C Gewichtszunahme in g/m2 · h	V2O5 bei 925= C Gewichtsabnahme in g/m2 · h
I	14	210
II	15	502
III	10	180
IV	11	512
V	7	184

55

60 Ein Vergleich der in Tabelle 4 enthaltenen Werte

mit denen in Tabelle 1 zeigt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen in geringerem Maße korrodieren als z.B. eine Chrom-Nickel-Legierung mit 50% Chrom.

Neben der verbesserten Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung

besitzt sie, wie gesagt, gegenüber reinen Chrom-Nickel-Legierungen den Vorteil besserer mechanischer Eigenschaften, so daß sie insbesondere für Zwecke geeignet ist, die neben guter Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit auch gute mechanische Eigenschaften wie Zähigkeit sowie Warm- und Kaltverformbarkeit erfordern.

Claims (1)

1. Patentansprüche:
   1. Verwendung einer Legierung aus

   IO

   18 bis 25% Chrom,
   10 bis 17% Eisen,

   1,6 bis 5% Aluminium,

   0 bis 5% Silizium,

   0 bis 1% Mangan,

   0 bis 0,1% Kohlenstoff,
   Rest Nickel einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, insbesondere
   bis 0,02% Bor und 0,2% Zirkonium,

   20

   mit der Maßgabe, daß die Summe der Gehalte an Aluminium und Silizium ^6% beträgt, zur Herstellung von zähen, warm- und kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen über 500° C dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadium und/oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetzt sind.
   2. Verwendung einer Legierung aus

   18 bis 22%
   11 bis 15%

   Chrom,
   Eisen,

   2 bis 3% Aluminium,
   2 bis 3% Silizium,
   Obis 0,8% Mangan,
   0 bis 0,08% Kohlenstoff,
   Rest Nickel und übliche Verunreinigungen

   zur Herstellung von Gegenständen nach Anspruch 1.

   3. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die noch 2 bis 5,5% Niob und/oder Tantal, 0 bis 1,4% Titan einzeln oder gemeinsam enthält und bei der die Summe der Gehalte an Chrom und Eisen höchstens 35% beträgt, zur Herstellung von Gegenständen nach Anspruch 1.

   4. Verwendung einer Legierung aus

   18 bis 21% Chrom, 11 bis 15% Eisen, 1,6 bis 2,5% Aluminium, 0 bis 0,3% Silizium, 2,5 bis 3,5% Niob und Tantal, 0,6 bis 1,4% Titan, 0 bis 0,5% Mangan, 0 bis 0,08% Kohlenstoff, 0 bis 0,01% Bor, 0 bis 0,1% Zirkonium,

   Rest Nickel und übliche Verunreinigungen

   zur Herstellung von Gegenständen nach Anspruch 1.