DE1807868A1 - Hitzebestaendiger Austenitstahl - Google Patents
Hitzebestaendiger AustenitstahlInfo
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Description
PATENTANWÄLTE I O O 7 O D Q
DIPPING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN
T.i.-Adr. MnpM MlMiHm
T.l.fon (NU) Ulf»
. November 1968
NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA. Tokyo / Japan Hitzebeständiger Austenitstahl
Die Erfindung betrifft eine Masse zum Verbessern der
Hitzebeständigkeit von rostfreiem Cr-Ni-Austenitstählen, welche
zur Verwendung bei erhöhter Temperatur bestimmt sind.
Es ist bekannt, daß in manchen Gebieten der Technik Stähle mit größerer Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit
bei hoher Temperatur benötigt werden, wie z.B. in der He iikesselindustrie.
Da die Heizkessel immer größer gebaut werden und bei ultrakritischem Druck arbeiten, ist hierfür ein Stahl
mit größerer Festigkeit erforderlich.
Gegenwärtig werien als rostfreie 18 Cr-8-Ni-Austenitstähle
beispielsweise JIS (Japanese Industrial Standards) SUS-27 Stahl, SUS-29 Stahl, SUS-32 Stahl und dergleichen
(AISI-304, 321 und 316 sind ähnliche Standardstähle) allgemein
für Anwendungsgebiete bei erhöhter Temperatur und hohem Druck verwendet. Von den oben genannten Stählen wird SUS-32 Stahl
(AISI-316 Stahl) allgemein wegen seiner überragenden Festig-
- 2 909832/0873
18O78&8
keit bei hoher Temperatur angewandt, obwohl dieser Stahl aufgrund des Molybdängehalts von 2 - 3$ sehr teuer ist.
Die Kosten für einen SUS-27 Stahl (AISI-304) sind verhältnismäßig
niedrig, dafür ist aber die Festigkeit bei hoher Temperatur geringer als bei des· anderen rostfreien Stählen.
SUS-29 Stahl (AISI-321 Stahl), der unter Zusatz von Ti
zu dem SUS-27 Stahl hergestellt wird, weist eine größere Hitzebeständigkeit als der SUS-27 Stahl auf. Es stellte
sich aber heraus, daß die Festigkeit des SUS-29 Stahls , im Verlauf der Zeit, beispielsweise nach 100 000 Stunden
bei 6500C beträchtlich nachläßt. Die Festigkeit dieses ;
Stahls ist daher praktisch die gleiche wie diejenige von SUS-27 Stahl. " j
Bisher ist also noch kein billiger Stahl mit großer
Festigkeit in technischem Maßstab verfügbar. Es bestand !
daher ein Bedarf an einem wirtschaftlichen hitzebeständigen \
Stahl. i
Erfindungsgemäß wurde ein derartiger Stahl geschaffen, j welcher gekennzeichnet ist durch den Zusatz von 0,001 bis
0,30 Gew.# Ti, 0,001 bis 0,30 Gew.# Nb + Ta und 0,05 bis
2,5 Gew.Ji V zu den obigen Standardstählen.
Die Erfindung schafft einen wirtschaftlichen hitzebeständigen Stahl, welcher kein teures Molybdän enthält
und eine größere Festigkeit und Hitzebeständigkeit als rostfreie Stähle gemäß dem JIS (Japan Industrial Standard),
z.B. insbesondere SUS-32 Stahl (AISI-316 Stahl), aufweist.
■9öffFJ2TÜ873"
Der erfindungsgemäße hitzebeständige Stahl weist eine größere Festigkeit und Hitzebeständigkeit als die
rostfreien Stähle gemäß dem JIS (AlSI-Standard) auf und
enthält Ti, Nb + Ta und V anstelle des teuren Mo. i
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele und der Zeichnung weiter erläutert. j
Die beigefügte Zeichnung gibt eine graphische Darstellung der Dauerfestigkeit der folgenden Stähle bei er- j
höhter Temperatur wieder: JIS SUS-27 (AISI-304) und SUS-32 j
(AISI-316) Stahl, erfindungsgemäße Stähle Nr. 1 bis 4 und *
Stahl Nr. 5 ohne Gehalt an V. |
Der erfindungsgemäße Stahl weist die folgende Zusammen-j setzung (in Gew.$) auf: 0,03 bis 0,30$ C, bis zu 1,00$ Si, .!
bis zu 2,00$ Mn, 15,0 bis 26,0$ Gr, 7,0 bis 22,0$ Ni, 0,001
bis 0,30$ Ti, 0,001 bis 0,30$ Nb + Ta, 0,05 bis 2,5$ V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Der Zusatz der Elemente Ti, Nb + Ta und V beruht auf der Tatsache, daß durch die gemeinsame Anwesenheit
dieser Elemente die Agglomerierung der gebildeten entsprechenden Carbide gebremst und diese Carbide durch die gegenseitige
Wirkung dieser Zusatzelemente einheitlich und fein dispergiert werden.
Der Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäßen Stahls ist verhältnismäßig hoch, um die Bildung von Ti-Carbid
und hb-Carbid zu ermöglichen und die Ausfällung von Cr-Carbid
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und V-Carbid und deren Dispergierung um das Ti- und Nb-Carbid
zu bewirken. Hierdurch wird die Festigkeit bei erhöhter Temperatur verbessert.
Der Gehalt an Ti soll innerhalb des oben definierten Bereichs liegen. Ein Gehalt ven über 0,30$ Ti
bewirkt eine Vergröberung des Ti-Carbids und eine Verringerung der Festigkeit bei hoher Temperatur; ein Gehalt
von weniger als 0,001$ Ti führt nur zu einer geringen Ausfällung von Ti-Carbid und damit zu keiner Verbesserung
der Festigkeit.
Die Wirkung von Nb + Ta ist ähnlich wie diejenige von Ti. Entsprechend führt wie beim Ti ein Gehalt von
mehr als 30$ und weniger als 0,001$ nicht zu einer Verbesserung der Festigkeit bei hoher Temperatur.
Ein Gehalt von weniger als 0,05$ V bewirkt keine Verbesserung der Festigkeit bei hoher Temperatur, da hierbei
verhältnismäßig wenig V-Carbid ausfällt; andererseits führt ein Gehalt von über 2,50$ V- zu einer Verringerung
der Festigkeit bei hoher Temperatur und bewirkt eine Oxidationsbeständigkeit aufgrund der beträchtlichen Zunahme
an ausgefälltem V-Carbid und der Kristallkornvergrößerung.
In der beigefügten graphischen Darstellung ist die Dauerfestigkeit der in der fägnten. Tabelle als Beispiel
aufgeführten Stahlsorten wiedergegeben.
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Die chemische Zusammensetzung der verwendeten Stähle ist in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt:
: Tabelle 1 (Gew.*)
; Die Zusammensetzung des SUS-27 Stahls (AISI-304 Stahl) und
des SUS-32 Stahls (AISI-316 Stahl) entsprechen dem Standard.
C Si Mn Cr Ni Ti Nb+Ta V
j Nr. 1 0,16 0,58 1,47 18,29 9,85 0,061 0,13 0,25
[ Nr. 2 0,13 0,58 1,47 18,47 9,98 0,054 0,21 0,51
Nr. 3 0,16 0,50 1,45 18,20 9,96 0,126 C,11 0,30
! Nr. 4 0,14 0,68 1,45 17,65 9,57 0,115 0,22 0,61
Nr. 5 0,12 0,68 1,20 20,28 9,16 0,02 OfB&
Anmerkungen: 1. Die Zusammensetzung der Stähle 1 bis 4 entspricht der erfindungsgemäßen Definition.
2. Die Zusammensetzung des Stahls Nr. 5 entspricht der erfindungsgemäßen Definition
mit der Ausnahme, daß dieser Stahl kein V i enthält.
Die obigen Stähle wurden in an sich bekannter Weise : hergestellt und einem Dauerfestigkeitsversuch bei 6000C,
I 65O0C und 70O0C über eine Dauer von 105 bzw. 104 Stunden
unterworfen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.
- 6 909832/0 873
1 | 105Std | 6000C | - | 2 | 104Std. | (kg/mm | 1807868 | |
2 | 15,1 | . 104Std. | - 6 - | 65O0C | 7,3 | |||
3 | 24,5 | 10,8 | Tabelle | 103Std. | 11,5 | 103Std | ) | |
4 | 33,0 | 18,0 | 10,2 | 17,5 | 7,0 | 7000C | ||
5 | 33,3 | 27,5 | 16,2 | 18,8 | 10,5 ' | . 104Std. | ||
30,0 | 29,6 | 22,5 | 16,8 | 14,6 ; ■ | 4,9 I | |||
30,2 | 25,0 | 23,7 | 18,0 | 16,3 | 7,0 | |||
23,0 | 25,8 | 20,7 | 12,5 | 14,2 | 12,2 | |||
19,5 | 21,8 | 14,8 | 13,8 | |||||
16,0 | 11,2 | 11,5 | ||||||
SUS27 | 12,3 | |||||||
SUS32 | 8,2 | |||||||
Nr. | ||||||||
Nr. | ||||||||
Nr. | ||||||||
Nr. | ||||||||
Nr. |
j Der Unterschied zwischen den Stählen 1 bis 4 und dem : Stahl Nr. 5 bestand lediglich hinsichtlich des V-Gehalts. Aus
: der obigen Tabelle 2 und der graphischen Darstellung ergibt sich ein^esentlicher Unterschied hinsichtlich der Dauerfestigkeit.
Die Anwesenheit von V übt demzufolge einen bedeutenden Einfluß auf die Dauerfestigkeit aus. Es wurde zwar auch bei
Stahl Nr. 5 eine größere Festigkeit im Vergleich zu dem Stahl ! SUS-27 bzw. 32 erreicht, was auf den Zusatz von Ti und Nb + Ta
zu den SUS-Stählen zurückzuführen ist. Hieraus ergibt sich,
daß der Zusatz von Ti, Nb + Ta und V zu einer beträchtlichen Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit führt. Die Werte
für die Dauerfestigkeit der erfindungsgemäßen Stähle beträgt mehr als das zweifache des SUS-27 Stahls und etwa das zweifache
des SUS-32 Stahls.
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Die unzureichende Hitzefestigkeit von Stahl läßt sich also erfindungsgemäß bei geringen Kosten beträchtlich
verbessern, ohne daß hierbei ein teurer Molybdänzusatz erforderlich wäre.
Der erfindungsgemäße hitzebeständige Austenitstahl kann für viele technische Anwendungszwecke gebraucht
werden.
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Claims (1)
- Patentanspruch:Hitzebestänaiger Austenitstahl, bestehend im wesentlichen aus 0,03$ bis 0,30 Gew.Ji C, bis zu 100 Gew.$ Si, bis zu 2,00 Gew.# Mn, 15,0 bis 26,0 Gew.ji Cr, 7,0 bis 22 Gew.# Ii, 0,001 bis 0,30 Gew.$ Ti, 0,001 bis 0,30 Gew.# Ib + Ta, 0,05 bis 2,5 Gew.$ V, Best Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.909832/0873
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