DE1807868A1

DE1807868A1 - Hitzebestaendiger Austenitstahl

Info

Publication number: DE1807868A1
Application number: DE19681807868
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Kinoshita; Tohru Mimino; Takayuki Shinoda
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1967-11-10
Filing date: 1968-11-08
Publication date: 1969-08-07
Also published as: US3607239A; SE344213B; GB1190515A; FR1591405A

Description

PATENTANWÄLTE I O O 7 O D Q

DIPPING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

POS 451 · Möndi««2,Ros«irt«l7, 2.Aufg.

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-

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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.

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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.

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	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

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.

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