DE1912846A1 - Austenitischer hitzebestaendiger Stahl - Google Patents
Austenitischer hitzebestaendiger StahlInfo
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Description
F. Zumsfein - Dr. E. Assmann
Dr. R. Koenigsberger
Dipl. Phys. R. Holzbauer
Dipl. Phys. R. Holzbauer
Patentanwälte
Mönchen 2, Bräuhaussfrafje 4/III
P-1498
43-15893
43-15893
Nippon Kokan Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan
Austenitischer hitzebeständiger Stahl
Die Erfindung betrifft die Legierung eines austenitischen
nicht-rostenden Stahls mit verbesserter Wärmewiderstandsfähigkeit zur Verwendung bei höheren Temperaturen.
Es ist bekannt, daß für einige Zwecke, beispielsweise im Kesselbau, Stähle mit höherer Festigkeit und Oxydationswiderstandsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen verlangt
werden. Sind diese Kessel bei großen Abmessungen für extrem kritische Druckbereiche bestimmt, so wird von den dafür
zu verwendenden Stählen noch höhere Festigkeit verlangt.
Zur Zeit werden für höhere Temperaturbereiche und höhere
Drücke im allgemeinen austenitische nicht-rostende 18 Cr-8 Ni-Stähle verwendet, wie etwa gemäß JIS (Japanische Industrie-Norm)
die Stähle SUS-27, SUS-29, SUS-32 und ähnliche, die in etwa den Stählen.AISI-304, 321 und ähnlichen
genormten Stählen entsprechen.
Wird bei hohen Temperaturen überragende Festigkeit verlangt, so wird trotz hoher Kosten wegen des Mo-Gehalts von 2,0 bis
3,0 % im allgemeinen der SUS-32-Stahl (AISI-316-Stahl) ver-
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wendet. Demgegenüber ist der Preis des SUS-27-Stahls (AISI-304-Stahl)
relativ niedrig, jedoch ist auch seine Hochtemperaturfestigkeit
gegenüber anderen nicht-rostenden Stählen
unterlögen. Wird dem SUS-27-Stahl der Stahl SUS-29 (AISI-321)
zugefügt, so erhöht sich die Wärmewiderstandsfähigkeit, d.h. die Warmfestigkeit, gegenüber dem bloßen SUS-27-Stahl. Es
zeigte sich jedoch, daß die Festigkeit des SUS-29-Stahls beim Langzeittetrieb bei annähernd 650 C während 100 000 Stunden
beträchtlich abfiel. Es zeigte sich, daß die Festigkeit dann etwa auf den Werten des SUS-27-Stahls lag.
Es zeigt sich also, daß für industrielle Anwendungen ein hitzebeständiger
billiger Stahl erhöhter Festigkeit bis jetzt noch nicht zur Verfügung steht. Es gilt also, wirtschaftlichere
warmfeste Stähle zu entwickeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Entwicklung
voranzutreiben. Hier aber ist es das Ziel der Erfindung, einen wirtschaftlichen hitzebeständigen, d.h. warmfesten Stahl an—,
zugeben, der höhere Festigkeit und Wärmewiderstandsfähigkeit bei erhöhten Temperaturbereichen aufweist als jene nicht-rostenden
Stähle der JIS-Norm, im allgemeinen insbesondere SUS-32-Stahl (entsprechend dem Stahl AISI-316 oder einem
ähnlichen Standard-Stahl). Dabei soll die Überlegenheit bezüglich der Festigkeit und Wärmewiderstandsfähigkeit gegenüber
den JIS-Stählen (ähnlich den AlSI-Stählen) dadurch erreicht
werden,daß die zusammenwirkenden Effekte von Ti,
Nb + Ta und Mo oder weiterhin, von B ausgenützt werden.
Der erfindungsgemäße warmfeste Stahl ist gekennzeichnet durch
Zusätze von 0,001 bis 0,30 Gewichts-% Ti, 0,001 bis 0,30 Gewichts-% Nb + Ta, 0,2 bis 5,0 Gewichts-% Mo oder durch einen
weiteren Legierungszusatz von 0,0005 bis 0,05 Gewichts% B.
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anahnd von Beispielen und in Bezug auf die Zeichnungen näher beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung,wie die Zeitstandfestigkeit
durch Mo-^-Zusätze beeinflußt wird für den
Fall, daß der Stahl erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist.
Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung den Einfluß von Mound B-Zusätzen auf die Zeitstandfestigkeit für den
Fall, daß die Stähle ebenfalls erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden.
Gemäß der Erfindung weist der Stahl folgende Legierungsbestandteile
in Gewichts-% auf: 0,03 bis 0,30 % C,bis zu 1,0 % Si, bis zu 2,0 % Mn, 15,0 bis 26,0 % Cr, 20 bis 22,0 % Ni,
0,001 bis 0,30 % Ti, 0,001 bis 0,30 % Nb + Ta und 0,2 bis 5,0 % Mo oder weiterhin 0,0005 bis 0,05 % B.
Wie erwähnt, ist der Grund für den Zusatz zusätzlicher Elemente, d.h. von Ti und Nb + Ta, zur übrigen Zusammensetzung,
bei der das Zusammenwirken der obigen Elemente die Koaleszenz der sich ausbildenden Carbide, wie etwa Mp3C6' dar:Ln zu su~
chen, daß die Carbide gleichmäßig dispergiert werden, was zur Folge hat, daß die Hochtemperaturfestigkeit verbessert wird.
Während der Mo-Zusatz durch seinen Lösungseffekt eine höhere
Festigkeit bewirkt, trägt B zur gleichmäßigen Dispergierung der Chromcarbide dadurch bei, daß deren Koaleszenz rund um
die Ti- und Nb+Ta-Carbide gesteuert wird, und außerdem trägt B selbst zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit bei.
So ist der Bereich der Grundelemente der chemischen Zusammensetzung,
wie oben erwähnt, aus folgenden Gründen vorbestimmt:
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Der C-Gehalt des erfindungsgemäßen Stahls wird höher gewählt,
um zu erreichen, daß Chromcarbid ausgeschieden wird und im . •Bereich der Ti- und Nb+Ta-Carbide dispergiert wird, was dazu
führt, daß die Hochtemperaturfestigkeit verbessert wird. Weniger als 15,0 % Cr ergeben eine Änderung der Oxydations-,
Widerstandsfähigkeit zum Schlechteren hin, während ein Gehalt von mehr als 21,0 % dazu führt, daß 8 Phasen auftreten
und die austenitische Phase in Übereinstimmung mit dem Gleichgewicht unter den Elementen schwer zu erreichen ist.
Ähnlich bewirkt ein Gehalt von weniger als 20 % Ni, daß die Austeriitphase schwer zu erreichen ist. Wirtschaftlich gesehen,
ist es von Nachteil, einen Ni-Gehalt im Bereich von mehr
als 22 % vorzusehen. Wenn der Gehalt an Ti und Nb+Ta den Wert von 0,30 % jeweils übersteigt, so werden soviele Carbide
abgeschieden, daß über lange Zeiträume gesehen eine Verschlechterung
der Zeitstandfestigkeit auftritt. Liegt der Ti- und Nb+Ta-Anteil jeweils unter 0,001 %, so ist die erforderliche
Festigkeit schwer zu erzielen. Beträgt der Mo-Anteil weniger als 0,2 %, so verschwindet der Lösungseffekt.
Mehr als 5,0 % Mo verhärten den Stahl so", daß dessen Bearbeitbarkeit
verschlechtert wird. Weniger als 0,0005 % B haben keinerlei Einfluß auf diesen austenitischen Stahl, und
mehr als 0,05 % B bewirken,daß die Warmverarbeitbarkeit des
Stahls sich merklich verschlechtert=
Anhand der nachfolgenden Beispiele wird die Zeitstandfestigkeit
von Stählen mit der oben angegebenen chemischen Zusammensetzung weiter erläuterte · ,
Tabelle 1 gibt Beispiele für solche chemischen Zusammenset- '
zungen im Rahmen der Erfindung *,
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C Si Mn Cr Ni Mo Ti Nb+Ta
No.l 0,15 0,46 1,47 17,86 9,86 0,29 0,09 0,10
No.2 0,16 0,48 1,40 17,86 9,80 0,87 0,09 0,11
No.3 0,17 0,50 1,41 17,45 9,68 1,77 0,09 0,11
No.4 0,15 0,48 1,36 17,35 9,51 2,44 0,06 0,08
Die obigen, in einem gewöhnlichen Verfahren hergestellten Stahlsorten werden nach dem Schmieden einer Erwärmungs- und
Abschreckungsbehandlung unterzogen, worauf dann ein Zeitstandfestigkeitstest bei 65O°C, 700°C und 750° C jeweils wäh-
3 4
rend 10 und 10 Stunden durchgeführt wird. Die Ergebnisse zeigt die folgende Tabelle II.
ο
(■Zahlenwerte in kg/mm )
(■Zahlenwerte in kg/mm )
■ 65O°C 700°C ' 75O°C
103h 104h 103h 104h 103h 104h
No.l 19,5 15,0 12,6 9,5 9,2 6,6
No.2 21,0 16,7 13,0 9,4 9,3 6,7
No.3 22,0 16,9 13,8 9,6 9,5 7,1
No.4 22,3 16,9 14,0 10,0 10,2 8,0
Tabelle III zeigt die Zeitstandfestigkeit von SUS 27-Stahl
(AISI-304-Stahl) und von SUS 32-Stahl (AISI-316-Stahl) als
Beispiele im Vergleich zu den obigen Stählen.
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27 | 10 | 600° | - 6 - | C | 650° | III | 104h | ) | 700°C | 104 | h | |
32 | 15 | V | Tabelle | 104h | 103h | 2 in kg/mm |
2,3 | 103h | 4, | 9 | ||
24 | Λ | (Zahlenwerte | 10,6 | 10,2 | C | 11,5 | 7,0 | 7, | O | |||
,5 | 18,0 | 16,2 | 10,5 | |||||||||
SUS | ||||||||||||
SUS | ||||||||||||
Die chemische Zusammensetzung eines Bezugsbeispiels, bei dem
der Ti- und Nb+Ta-Gehalt im Bereich der erfindungsgemaßen Zusammensetzung
liegt, zeigt Tabelle IV, während die Ergebnisse eines Zeitstandfestigkeitstests bei 65O°C und 700°C während
3 4 '
10 und 10 Stunden entsprechend in Tabelle V dargestellt sind.
' _ C Si Mn Cr Ni Nb+Ta Ti
NO.5 Ojl2 0,60 1,20 20,28 9,16 0,098 0,02
Tabelle V
65O0C 700°C
65O0C 700°C
103h 104h lO3h 104h
No.5 17,0 13,0 12,0 9,0
Vergleicht man jetzt die Werte der Zeitstandfestigkeit in Tabelle II, III und V, so ergibt sich, daß die Zeitstandfestigkeit
des Stahls Nr. 5 (Tabelle V) derjenigen der SUS 27- und SUS 32-Stähle überlegen ist, während all jene unter den Nummern
1,-2,'3 und 4 aufgeführten Stähle dem unter No. 5 aufgeführten
überlegen sind. Dies zeigt, daß ein Zusatz an Mo die Festigkeit
verbessert.
Fig. 1 zeigt die Beziehung der sich verbessernden Festigkeit mit
ansteigendem Mo-Gehalt. Es zeigt sich jedoch, wie oben erwähnt, daß eine obere Grenze des Mo-Gehalts besteht, die bei 5,0 %.
liegt.
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Bei einem Vergleich des erfindungsgemäßen Stahls (Tabelle II) mit einem SUS 32~Stahl (Tabelle III) ergibt sich, daß die Festigkeit
des erfindungsgemäßen Stahls bei 75O°C im Bereich des
SUS 32-Stahls bei 70O0C liegt. Damit ergibt sich bei der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung eine auf einfache Weise erzielbare bemerkenswerte Verbesserung der Festigkeit.
Ein weiterer Zusatz an B zur obigen Legierung (Tabelle I) ergibt einen weiteren Aspekt der Erfindung. Tabelle VI zeigt' die
chemische Zusammensetzung dieses Stahls.
Tabelle VI (Zahlenangaben in Gew.-%)
C Si Mn Cr Ni Mo Ti Nb+Ta B
No.6 0,17 0,47 1,52 17,60 9,98 0,31 0,07 0,10 0,003
No.7 0,16 0,48 1,50 17,60 9,92 0,31 0,07 0,08 0,010
No.8 0,16 0,49 1,44 17,52 10,27 1,74 0,07 0,11 0,003
No.9 0,15 0,46 1,48 17,26 9,92 1,76 0,05 0,11 0,010
Die aufgeführten vier in einem gewöhnlichen Verfahren hergestellten
Stahlsorten werden nach dem Schmieden nach einer Erwärmung auf 1100 C und Abschreckungsbehandlung unterzogen, worauf
der Zeitstandfestigkeitstest bei 650°, 700°C und 75O°C während
3 4
10 h bzw.10 h ExxxpxsxkKHä durchgeführt wird. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VII aufgeführt=
10 h bzw.10 h ExxxpxsxkKHä durchgeführt wird. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VII aufgeführt=
Tabelle VII (Zahlenwerte in kg/mm2) 65O°C 7000C 75O°C
103h 104h 103h 104h 103h 104h
Noo6 20,4 16,5 . 12,8 9,8 9,5 6S8
Noo7 21,0 17,3 14,0 10,2 10,0 7,4
Noo8 22,1 17,0 14,0 9,8 9S4 7,0 .
Noo9 23,2 18,4 15,1 10,6 10,9 8,0
909841/1019 .
Bei' einem Vergleich der obigen Stähle (Tabelle VII) mit anderen
erfindungsgemäßen Stählen (Tabelle II) ergibt sich, daß die Festigkeit
obiger Stähle größer ist als die der in Tabelle II aufgeführten. Dies zeigt deutlich, daß ein weiterer Zusatz an
B zu den in Tabelle I aufgeführten Stahlen eine Verbesserung der Festigkeit bewirkt. Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der
sich verbessernden Festigkeit bei zunehmendem B-Gehalt, Es zeigt sich jedoch, wie oben erwähnt, daß eine obere Grenze des
B-Gehalts besteht, die bei 0,05 % liegt.
Durch die Erfindung ergibt sich,daß die Warmfestigkeit von
Stählen, die zur Zeit unbefriedigend ist, bei geringeren Kosten
bemerkenswert verbessert werden kann. Der erfindungsgemäße austenitische warmfeste Stahl kann in weiten Bereichen
industrieller Anwendungen eingesetzt werden..
Claims (3)
1.) Austenitischer hitzebeständiger Stahl mit einem Gehalt in
Gewichts-% von im wesentlichen 0,03 bis 0,30 % C, bis zu 1,00 % Si, bis zu 2,00 % Mn, 15,0 bis 21,0 % Cr, 20 bis
22,0 % Ni, 0,001 bis 0,30 % Ti, 0,001 bis 0,30 % Nb+Ta,
0,2 bis 5,0 % Mo, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2.) Austenitischer hitzebeständiger Stahl mit einem Gehalt in Gewichts-% von im wesentlichen 0,03 bis 0,30 % C, bis zu
1,0 % Si, bis zu 2,00 % Mn, 15,0 bis 21,0 % Cr, 7,0 bis 22,0 % Ni, 0,001 bis 0,30 % Ti, 0,001 bis 0,30 % Nb+Ta,
0,2 bis 5,0 % Mo, 0,0005 bis 0,05 % B, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
3.) Austenitischer hitzebeständiger Stahl nach Anspruch*1
oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt von mindestens 0,1 Gewichts-% Si und 0,2 Gewichts-% Mn.
9 O 9 8 A 1 / 1 O 1 9
Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1589368 | 1968-03-13 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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GB (1) | GB1224824A (de) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2550226A1 (fr) * | 1983-08-05 | 1985-02-08 | Nisshin Steel Co Ltd | Acier inoxydable martensitique susceptible de durcissement structural |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53131397A (en) * | 1977-04-22 | 1978-11-16 | Toshiba Corp | Nuclear fuel element |
-
1969
- 1969-03-12 SE SE339069A patent/SE343336B/xx unknown
- 1969-03-12 CA CA045532A patent/CA926656A/en not_active Expired
- 1969-03-12 GB GB1314569A patent/GB1224824A/en not_active Expired
- 1969-03-13 FR FR6907177A patent/FR2003834A1/fr not_active Withdrawn
- 1969-03-13 DE DE19691912846 patent/DE1912846A1/de active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2003834A1 (de) | 1969-11-14 |
SE343336B (de) | 1972-03-06 |
GB1224824A (en) | 1971-03-10 |
CA926656A (en) | 1973-05-22 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |