DE1533281A1

DE1533281A1 - Nickel-Chrom-Legierung

Info

Publication number: DE1533281A1
Application number: DE19661533281
Authority: DE
Inventors: Copson Harry Rollason; Daniel Van Rooyen
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1965-05-26
Filing date: 1966-05-24
Publication date: 1969-12-11
Also published as: CH461816A; LU51187A1; GB1114996A; NL6607287A; US3574604A; ES327142A1; SE326564B; DE1533281C3; BE681643A; AT268700B; JPS4942573B1; DE1533281B2; NO116608B

Description

"Nickel-Chrom-Legierung"

Verschiedene Gegenstände, wie beispielsweise Druckkessel, Wärmeaustauscher und Dampferzeuger oder deren Teile sind im Gebrauch hochreinem Wasser unter Druck und erhöhter Temperatur ausgesetzt. Man fertigt sie daher vorteilhafterweise aus Nickel-Chrom-Legierungen, beispielsweise aus einer Legierung mit etwa 20$ Chrom oder aus Nikkel-Chrom-Eisen-Legierungen wie beispielsweise einer Legierung mit 75 bis 85$ Nickel, H bis 16$ Chrom und bis zu 8$ ' Eisen_o

Hochreines Wasser, d_oh. Wasser mit einem Gesamtgehalt an Feststoffen von weniger als 0,0001 Gew.-^, das destilliert, entionisiert oder anderweitig behandelt ist, so daß es einen spezifischen Widerstand von 500 000 Ohmcm oder mehr besitzt, ist normalerweise sauerstofffrei. Es wurde jedoch aufgrund von Laboratoriumsversuchen kürzlich erst ·

Zum.Schreiben vom ...23-« Mai 1.9.66..... an .!flli.c.k.el-.C.iiromrrL.egle.ruag.!¹.

festgestellt, daß, wenn Wasser mit Sauerstoff verunreinigt ist und sich unter Druck bei hohen Temperaturen "befindet, beispielsweise bei 150⁰C und mehr, insbesondere im Temperaturbereich von 300 bis 35O⁰O, die ihm ausgesetzten Nickel-Chrom- und Mickel-Chrom-Eisen-Legierungen als Folge einer Spannungsrißkorrosion einer interkristallinen Rißbildung

t unterliegen. Diese Rißbildung wird durch andere Faktoren begünstigt, insbesondere durch Oberflächenrisse des Werkstoffs, Das Vorhandensein solcher Risse bei einer gegen Spannungsrißkorrosion empfindlichen legierung führt zu dem nachteiligen Ergebnis, daß sich Korrosionsprodukte an den Rissen sammeln (sog, "Riß-Auffüllung") und zwischen die sich mit geringem Spiel aufeinander bewegenden Teile legen. Es ist jedoch außergewöhnlich schwierig, v/enn nicht gar unmöglich, das Auftreten solcher Risse und anderer Oberflächenfehler bei fertig bearbeiteten Teilen aus den in Rede

Ψ stehenden Legierungen zu vermeiden. Ein anderer, die Spannungsrißkorrosion begünstigender Faktor ist die vorhergehende Sensibilisierung der Legierungen durch ein Glühen bei 425 bis 800⁰C, wie sie als Folge des Schweißens auftritt.

Um hochreines Wasser sauerstofffrei zu halten, sind bestimmte Maßnahmen erforderlich und muß mit großer Vorsicht gearbeitet werden. Derartiges hochreines Wasser wird in steigendem Maße bei erhöhtem Druck und erhöhten Temperaturen in Atomreaktoren verwendet, beispielsweise in

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Zum Schreiben vom -23~-Μ&1—19££ an .!!Jl.ßfcßl=fihr.Qm=lie^erHng!!i._ Blatt ..!&Π.

Atomkraftwerken, wobei man annimmt, daß die fehlende Berührung mit Luft im Gebrauch ursächlich für das Fehlen einer Spannungsrißkorrosir.n bei derartigen Einrichtungen in der Praxis ist. Die Möglichkeit einer Berührung mit Luft kann jedoch nicht ganz ausgeschlossen werden, und im Hinblick auf die sehr schweren Folgen, die sich aus einer Spannungsrißkorrosion der Vorrichtungsteiie und Kessel eines Atom- t reaktors ergeben können, besteht ein erheblicher Bedarf an Legierungen mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrißkorrosion durch luftbeladenes hochreines Wasser unter Druck und erhöhter Temperatur. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, derartige Legierungen zu schaffen.

Die Erfindung basiert darauf, daß Chrom- und Eisengehalt bestimmter Nickel-Chrom- und Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen in ein bestimmtes Verhältnis zueinander gesetzt werden« Es wurde festgestellt, daß mit steigendem Chromgehalt auch der Widerstand ge^.en Spannungsbruch tuch verbesserte, so daß vorteilhafterweise der Chromgehalt wenigstens 2056 beträgt. Eine Verringerung des Eisengehaltes führt zu demselben Effekt, so daß der Chromgehalt 2Ojt betragen kann, vorausgesetzt, daß der Eisengehalt der Legierungen nur 0,5$» vorzugsweise 0,35^ beträgt.

Die erfindungsßemäßen Legierungen enthalten 14 bis 35$ Chrom, 0 bis 25^C,S Einen, wobei der Chrompehalt wenig-

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Zum Schreiben vom _22*~Jtei 1S66 on „....!!llclCfilrJßlir.O.mrrlteÄifilXimg.!!: Blatt

ßtens 2096 beträgt, wenn der Eisengehalt 0,5# übersteigt, bis je 0,596 Aluminium und/oder Titan, 0 bis 1$ Silizium und 0 bis 0,15?ί Kohlenstoff, Rest, abgesehen von erschmelzungebedingten Verunreinigungen und Desoxydationsrückständen, Nickel, Vorausgesetzt, daß der Chromgehalt nicht unter 20$ liegt, können die Legierungen auch bis 7,7# Molybdän-und ψ bis 1,296 Tantal enthalten. Die als Verunreinigungen enthaltenen Schwefel- und Phosphorgehalte sollten so niedrig liegen, wie praktisch möglich. Mangan kann als Verunreinigung in Gehalten bis zu 256, vorzugsweise jedoch höchstens 1j6 vorliegen.

Die von dem hohen Chrom- und/oder niedrigen Eisengehalt ausgehende vorteilhafte Yfirkung kann weiterhin dadurch gesteigert werden, daß der Kohlenstoffgehalt unter O|O5?6 gehalten wird. Vorzugsweise enthalten die Legierungen 20 bis 3OjS Chrom, höchstens 10$ Eisen, wobei der Chromgehalt wenigstens 22# beträgt, wenn der Eisengehalt O,35?6 übersteigt, 0,03 bis 0,2# Aluminium und/oder 0,03 bis 0,396 Titan, bis O,35# Silizium und 0 bis 0,05# Kohlenstoff, Rest, von erschmelzungebedingten Verunreinigungen und Desoxydationerückstanden abgesehen, Nickel. Vorzugsweise übersteigt der Kohlenstoffgehalt 0,03$ nicht.

Titan und Aluminium dienen der Desoxydation der Legierungen, machen sie glühbar und erleichtern ihre Warmverformung j es ist daher vorzuziehen, daß beide Elemente

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Zum Schreiben vom ...2.3... Μ&1_.ΐ9β£_ an JiHljßlLel.dllarOm-Ii.e^.eXlUlg.'¹. Blatt fi£L_

in einem Gesamtgehalt von wenigstens 0,2$ vorliegen. Im Hinblick auf beste Ergebnisse beträgt der Chromgehalt unabhängig vom Eisengehalt vorzugsweise wenigstens 23$»

Die Legierungen werden normalerweise im wärmebehandelten Zustand gebraucht und können bei 815 bis 115O⁰C, vorzugsweise bei 870 bis 1040⁰C mit anschließend rascher Abkühlung geglüht werden. In Tabelle I sind eine Reihe von Legierungsbeispielen verzeichnet, von denen die Legierungen 1 bis 9 entsprechend der Erfindung zusammengesetzt sind, während die Legierungen A bis I außerhalb der Erfindung liegen,,

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Zum Schreiben vom .23* Mai .1..9.6.6. an !.!Nickel^GliEoirbrLegierung.!.! Blatt ...iff!..

	-	Cr f	Chemische	C	Tabelle	I	Ti	Si	Ni +	Andere Elemente
		16.3	Fe *	0„04			0,30	0.21	Rest	__
	16.2	7.0	0,07		0,26	0.22	Rest	—
Legie rung	16.2	7*5	0.06	Zusammensetzung	0.26	0.21	Rest
A	15o9	7o4	0.06	Al	0.28	O₄ 20	Rest	0.9 Nb
B	16.4	7.3	0.005	0,11	0.38	0.25	Rest	2.85NlD
0	16.4	7.0	0.06	0.09	0.28	0.18	Rest	1.05W
D	16.4	7.1	0,05	0.09	0,28	0.20	Rest	1.7 Mo
E	14.9	7*4	0.05	0,10	0.34	0.20	Rest	7*5 Mo
P	16.2	6.7	0.04	0.11	0.27	0.26	Rest	0.3 Ta
a	24.0	7.1	0.04	0.12	0.27	0,23	Rest
H	23.8	6.4	0.03	0,12	0.24	0,26	Rest
I	20.5	7.1	0.04	0.17	0.27	0,23	Rest
1	20.6	7.2	0.06	0.12	0.29	0.20	Rest
Cvj	24.8	0.12	0.06	0.10	0.30	0.21	Rest	—
3	16.2	0,06	0.02	0,12	0.33	0.23	Rest	—
4	24,0	0.12	0.09	0.10	0.37	—	Rest	1.7 Mo
5	22.0	7.5	0.08	0,12	0.35	0.21	Rest	7.7 Mo
6	20.0	6.9	0.005	0,14	0.29	0.23	Rest	1.2 Ta
7		7.0	0.08
8		0.19
9	0.18
0.17

Die Legierungen werden durch Y^kuumeohmelzen von Rohstoffen verhältnismäßig hoher Reinheit erschmolzen und zu Blöcken vergossen. Nach dem Entfernen von Oberflächenfehlern wurden die Blöcke geschmiedet und zu 5 mm dicken Blechen warmgewalzt, die dann biß auf eine Dicke '-- ^;; '■;· mm kaltgewalzt und schließlich in Streifen ^j seh η ; ; <. . ;

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BAD ORIGINAL

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Zwei Streifen jeder legierung wurden eine Stunde "bei 112O⁰C geglüht und in Wasser abgeschreckt. Zwei weitere Streifen jeder !legierung wurden zwei Stunden bei 675⁰C geglüht und anschließend in Luft abgekühlt, d.h. sie wurden in bezug auf diis Spannungirißkorrosion stärker sensibilisiert, als wenn sie geschweißt worden wären. Schließlich wurden zwei weitere Streifen kaltgewalzt und'ihre Dicke dabei um 40 j bis 50jt verringert, anschließend bei 870⁰C vier Stunden geglüht und in Wasser abgesohreokt. Die letztere Wärmebehandlung wird in der Praxis häufig angewandt, um verbesserte mechanische Eigenschaften bei Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen zu erreichen und ist als Stabilisierungsglühen bekannt.

Jedes Streifenpaar wurde dann um einen Biegedorn zu einem U-förmigen Probestüok gebogen, dessen Schenkel durch einen Bolzen in paralleler Lage gehalten wurden. Vor : dem Biegen wurde je ein Streifen jedes Probepaars bis zu * einer Tiefe von 0,012 mm auf einer Länge von etwa 25 mm in ·« der ,Mitte gekerbt, so daß sich nach dem Biegen ein spitz zulaufender Kerb ergab.

Die Probestücke wurden alsdann einer Prüfung auf SpannungsrißkorroBion unterworfen, bei der sie in Autoklaven in eine VersuchsIb"sung aus hochreinem Wasser eingetaucht wurden, das bei einer Atmosphäre Druck mit Luft gesättigt und auf einen pH-Wert von 10 eingestellt worden war. Außerdem wurden die Autoklaven durch eine Sperrluftschicht,

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Zum Schreiben vom ...23*. ...Mai 1.966 an !.!JKr.lcJfc.e.l^.G.lir.oui-Leglerung" Blatt.. ff.

oberhalb der Lösung abgedichtet und auf 315 bis 35O⁰C erhitzt.

Die Versuche wurden bis zu acht Wochen ausgedehnt, wobei die Autoklaven alle zwei Wochen geöffnet und die Proben auf Spannungsrisse untersucht wurden. In den Fällen, in ^ denen eine Rißbildung nicht festgestellt werden konnte, wurden die Versuche mit frischer Lösung fortgesetzt. Diejenigen Proben, die nach acht Wochen noch keine sichtbaren Risse zeigten, wurden metallographisch untersucht.

In Tabelle II sind die Versuchzeit in Wochen bis zum Erscheinen von sichtbaren Rissen und die Ergebnisse der abschließenden metallographischen Untersuchung wiedergegeben, wobei der Buchstabe "C" das Auftreten von Rissen anzeigt und "-" besagt, daß auch nach acht Wochen keine Risse festgestellt wurden.

BAD

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Zum Schreib«! vom _23.» Mai 19.6.6. an - .!.IHiak.eXd3.hr.Qmr:Itegiarune^w. Bkm _££_

	1. Periode metallo- optisch graphisch	Tabelle	II	Periode metallo graphisch	3. Periode metallo- optisch graphisch	C*,	—
	-, - C*,			σ, σ	""ι ~	c»,	σ*
		Versuchsdauer	σ, ο	8, -	c,	-
Legie rung	8, - σ,	2. optisch	σ, σ		c,	C
A	8, - G*,	2, ?	σ,	.""». "*	0*,	-
B	"» "■ —» ~	2, 2	σ»,	8, -	o,	G*
C	-, - 0, C	2, 2	0,	" t ""	0,	-
D		4, -	-, -	2, -	c,	0
E		8, -	*α,. -**	2, 4	"■»	C*
1	""» "" "*» ""	2, -	C,	8, -	-,	—
G	—_t——f ->	-» ~	-,	*"» ""		-
H	"~ f — — _t —		-»	-f\ -		-
I		4, -	σ,	""» *"	~ t	-
1		-ι	-ι	""» "*	-,	-
IV)	— y - ~» ~	-»	-»	-»	—,	-
3	—» ~ ""> ~		~" > ~	-»		-
4	— > — "" > "*	-»		~> ~		-
5	~" 5 — — j —		_,	-, -	-
6	"" ί ~ "~ J ""	-»
7
8	-, -
9	-, -

G ss Die Risse erstreckten sich über mehr als ein Fünftel

der Probendicke,
0* = Plachrisse von gewöhnlich etwa 1 bis 2 Korntiefen.

Die Versuchsergebnisse der Tabelle II beweisen die verbesserte Widerstandsfähigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen gegen Spannungsrißkorrosion im Vergleich zu den

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[um Schreiben vom .23.* Mai 19.6.6 an f.Üil.Ofe.e.l-.CiLr.QJIbT.Le.gi.e.rUUag¹.! Blatt Mt.

herkömmlichen Legierungen. Sa waren die Legierungen A, B und C, die mehr als 0,5$ Eisen, aber weniger als 20$ Chrom enthielten, unter wenigstens zwei Versuchsbedingungen leicht rissig, insbesondere im sensibilisierten Zustand. Die Zugabe von Niob, Wolfram, Molybdän und Tantal, wie bei den Legierungen D bis I, verringerte die Neigung zur Spannungsriß- f korrosion nicht. Andererseits erweisen die Versuchsergebnisse der Legierungen 1 und 2, daß der steigende Chromgehalt der Legierungen A, B und C bis 23$ tatsächlich die Spannungsrißkorrosion unter den vorstehenden Versuchsbedingungen verhinderte. Die Legierung 3 mit 20,5$ Chrom erwies sich im Vergleich zu den Legierungen A, B und 0 als besser, war jedoch nicht ganz so gut wie die 23$ Chrom enthaltenden Legierungen, da eine Probe im sensibilisierten Zustand nach acht Wochen eine leichte Rissigkeit aufwies. Die Verringerung des Eisengehaltes der Legierung 3 wie im Falle der Legierung 4 verhinderte das Auftreten von Rissen völlig, und ein Vergleich mit,den Ergebnissen der Legierung 6 mit denen der Legierungen A, B und C zeigt, daß eine Verringerung des Elsengehaltes bei den Legierungen mit etwa 16$ Chrom ehern., wirkungsvoll ist. Die Versuchsergebnisse der Legierungen '(, 8 und 9 zeigen die zufriedenstellende Widerstandsfähigkei ^r. gegen Spannungsrifikorrosion bei Legierungen, die M ,:.. · 7,7$ Molybdän und 1,2$ Tantal bei wenigstens? 20< c- -n: Inhalten.

Wegen ihrer geringen Gehali;e an 'I¹It-Ui \n-.■ *Λ.ο--α<--

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Zum Schreiben vom .23 » Mai.....196.6 an .!'.Hickel-Chram-LügieXUng" BIaH .

nium härten die erfindungsgemüßcn Legierungen kaum aus«

Die Erfindung bezieht sich neben den Legierungen auch auf die Verwendung derselben als Werkstoff für Gegenstände und deren Teile, die im Gebrauch hochreinem Wasser bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ausgesetzt nind.

BAD ORKaINAL
9 O 9 8 S O ' '^Λ /, 1 2

Claims

Zum Sdifvibtn vom 23, Jdai I966 an .".Niükel-Ghr.Qm-LegleruJig" Blatt

International Nickel Limited, Thames House, Millbank,

London, S. W. 1, England

B==3SanlSB8SBSSS3SSSStI3BS

Patentansprücheι

1· Niokel-Chrom-rLegierung mit 14 bis 35?C Chrom, 0 bis 25# Eisen, wobei der Chromgehalt wenigstens 2O)C beträgt, wenn der Eisengehalt 0,5)C übersteigt, je 0,5?C Titan und/oder Aluminium, 0 bis 1j( 8Hit;ium, 0 bis 0,15)C Kohlenstoff, 0 bis 7,T)C Molybdän und 0 bis 1,2)1 Tantal, wobei der Chromgehalt wenigstens 2O)C beträgt, wenn Molybdän oder Tantal vorhanden ■ind, Rest, von ersohmelcungsbedlngten Verunreinigungen und Desoxydationsrückständen abgesehen, Nickel.

2· Hiokel-Ohrom-Leglerung nach Anspruch 1 mit 20 bis 3O)C Chrom, 0 bis 1O)C Elsen, wobei der Chromgehalt wenigstens 22)C beträgt, wenn der Elsengehalt O,35?C übersteigt, 0,03 bis 0_t2)C Aluminium und/oder 0,03 bis 0,3?C Titan, bis O,35# Silizium und 0 bis 0,05)C Kohlenstoff, Rest, von erschmelzungebedingten Verunreinigungen und Seeoxydationsrückständen abgesehen, Nickel·

5. Nlckel-Chroa-Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, deren Kohlenstoffgehalt jedoch 0,03)C nicht übersteigt.

4· Hiokel-Chrom-Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3» deren

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Zum Sdtmiben vom .23* Mai 1966 an » 3W1 eke! -flhrom^Itegjjurungl?. tett

Gesaatgehalt an Aluminium und Titan wenigstens 0,2Jt beträgt.

5· Hiokel-ChroM-Legierung nach den Ansprüchen 1 tie 4, die Jedoch wenigstens 23J* Chrom enthält.

6. Terwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 5 Werkstoff zum Herstellen von Gegenständen, die im Qebr&uoh hochreine« Wasser bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druok| aufgesetzt sind.