DE1914568A1

DE1914568A1 - Austentischer hitzebestaendiger Stahl

Info

Publication number: DE1914568A1
Application number: DE19691914568
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Kinoshita; Tohru Mimino; Isao Minegishi; Takayuki Shinoda
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1969-10-09
Also published as: GB1267955A; FR2004445A1; DE1914568B2

Description

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Os P-1490: 43-17960

NIPPON KOKAN KABUSHIKI KA I 8HA ,

TO-KTQ, J A Ρ' /t I

Austenitischer hitzebe-ständige-r Stahl

Die Erfindung betrifft austenitische nichtrostende Cr-Ni-Stähle mit erhöhter Hitzebeständigkeit für den Einsatz bei erhöhten
Temperaturen.

Es ist bekannt, daß in manchen; Einsatzgebieten, z. B-.. in. der
K-es.-seltndu-str.le, Stähle mit erhöhter Festigkeit und Oxydationsb.qs.tandlgkelt bei erhöhten Temperaturen, benötigt, werden.. Auf dem Gebiet des; Kesselbaus ist. es notwendig-^ bei gr6^:ße.-n. und bei. überkri.tiseh.effl-Druck, betriebenen Kesseln Stähle mit höherer- Eest.lgfee It z.u

G.eg_:es.wä'r_t:ü.g w.e,rden;. bei. erhöh.t.en. Tempsuaturen. und.
im: a^geine-ine-n austenitis^ehe;- ni

die

SüS-29* S US-43 und ähnliche "(Sorm-Stähle ent sprechend AIS 1-321 , "■ AIS 1-34-7 und ähnliche). . -

Im allgemeinen werden zur Erzielung einer höheren Temperatur-'festigkeit zu diesen austenitischen nichtrostenden Stählen^ Ti, Nb und dergleichen als Zusätze zugefügt. Jedoch sind bisher nicht die am besten geeigneten Zusatzmengen bekannt geworden, um deren Festigkeit bei höherer Temperatur zu überschreiten. Im Falle des genannten SUS-29-Stahls wird ein Ti-Zusatz von-G(^) χ TO bis 0,60 % angegeben und gleichfalls bei STJS-43-Stahl- ein 35Tb-- ... Zusatz von G(%) χ 10 bis 1,00 %. Diese Zugaben dienen dazu, innerhalb des Korns ein stabiles Karbid wie TiC oder HbG auszufällen, und so die interkristalline Korrosion zu vermeiden, während an der .Korngrenze ausgeschiedenes Karbid wie Cr₂^Cg in Gegenwart mancher Säuren bei erhöhten Temperaturen zu interkristalliner Korrosion führt.

Tatsache ist jedoch, daß die Zeitstandfestigkeit· dieser Stähle . die die oben angegebenen Ti- oder Ub-Zusätze enthalten; und die über lange Zeiten, beispielsweise über 10- Stunden,, benutzt -werden sollen, wesentlich schlechter ist als die von SUS--2.7-S.tahl·. (AISI-304-Stahl), der kein festigendes Element wie Ti, Hb oder ähnliches enthält. Es ist deshalb notwendig, einen, hitzebeständigen Stahl zu entwickeln, der über lange Zeiträume eine hervorragende Zeitstandfestigkeit aufweist und billig ist..

In Versuchen ist festgestellt worden, daß Zusätze von Ti, Nb* ' oder- ähnlichem nicht immer eine Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit zur Folge haben, uoä der am besten geeignete Bereich ' durch, die. obige; Beziehung; wiederge-geb;en. wird.= Wlrdi de.ü? obige ' Befrei cii zm. anjde;reÄ El ernteten- in 3ezi.@hung; gerSeAzt,," insfeesonilgre; σ^-Sehalt,. s^o kaÄm die; höchste Festigkeit; S;i^h:ejr;erre4ßh^'""'

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einea billigen hitzebeständigen Stahl für die Benutzung bei erhöhten Temperaturen mit den normalen Bestandteilen Gr-Ni-Ti-Nb zu schaffen, der bei erhöhten Temperaturen die höchämögliche Zeitstandfestigkeit aufweist und bei dem der Bereich des Ti- und Nb-Zusatzes durch den O-Gehalt bestimmt wird.

Der erfindungsgemäße hitzebeständige Stahl ist durch das Atomverhältnis ——r gekennzeichnet-Dieses Verhältnis liegt

zwischen 1 und 8, vorzugsweise zwischen 3 und 8 und die chemische Zusammensetzung des dieses Verhältnis aufweisenden Stahls ist folgendermaßen: 0,03 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% O, bis zu 1,0 Gew.-% Si, bis zu 2,0 Gew.-^Mn, 7,0 bis 22,0 Gew.-% Ii, 0,0 bis 1,0 Gew.- % Ti, 0,0 bis 1,5 Gew.-% Nb + Ta, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen.

Anhand der beigefügten Zeichnung und der später angegebenen Beispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Die beigefügte Zeichnung zeigt die Beziehung der Zeitstandfestigkeit zum Atomverhältnis von -s-·—;—■—^r-γ einiger noch zu nen-

nender Stä-ale bei erhöhten Temperaturen.

Der Grund dafür, daß die obigen Zusatzeleraente Ti und Nb+Ta zusammen mit den übrigen Bestandteilen vorhanden sind, liegt darin, daß beim Vorhandensein dieser Elemente eine Koaleszenz der gebil-

deten Karbide wie Cr₂^O^(H₂--?g) gehemmt wird und diese Karbide gleichmäßig dispergiert werden, was zu einer Verbesserung der Hochtemperatarfestigkeit führt. In Versuchen ist festgestellt worden, daß die Wirkung des Vorhandenseins dieser Elemente in hohem Maße mit dem 0-Gehalt, d. h. dem obigen Atomverhältnis in Beziehung steht. Auch, wenn nur Ti oder nur Ub+2a innerhalb des oben genannten Atosverliältnisses in Beziehung zum O-Gehalt vorhanden ist, treten keine Änderungen ein. Jedoch ergibt sich bei .einem Ti-Gehalt von mehr als 1 % keine wirtschaftli3he oder qualitative Verbesserung, ebenso wie bei einem (Nb + Ta)-Gehalt von

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mehr als 1,5 % keine Verbesserung-der Festigkeit eintritt. Der tatsächliche Gehalt dieser Elemente-Ti weniger als 1,0 % und /oder Wa + Ta weniger als 1,5 ^- sollte daher so gewählt werden, daß er innerhalb des obigen erfindungsgemäßen Atomverhältnisses liegt. ' .

Der Bereich der chemischen Zusammensetzung der erwähnten,Hauptelemente ist daher aufgrund der nachstehenden Angaben zu bestimmen. Der am besten geeignete Bereich.des 0-Gehaltes liegt zwischen 0,03 und 0,30 %. Unterschreitet der C-Gehalt die untere Grenze_s so wird die Festigkeit nicht verbessert.: Beim Überschreiten der oberen Grenze ergibt sich eine Verschlechterung der Zeitstandfestigkeit über lange Zeitabschnitte-, da das im ~ Überschuß gelöste C als Crg^OV abgeschieden wird und zur Ko-.. -., aleszens des Karbids führt. Ein Chromgehalt von unter 15 % führt zu einer Veränderung der Oxydationsbeständigkeit zum . ' Schlechteren hin, während bei einem Chromgehalt von über 26,0 % die cT-Piiase auftritt und die austenitische Phase wegen des Gleichgewichtes zwischen diesen Elementen kaum zu erreichen ist. JÜmlicii kann bei einem Ni-Gehalt von weniger als 7,0 % die austenitische Phase kaum erreicht werden. Ein Niekelgehalt von über 22,0 % ist teuer.

Die folgenden Beispiele zeigen die Zeitstandfestigkeit von Stählen mit der obigen chemischen Zusammensetzung.

In Tabelle I sind als Beispiele der Erfindung einige chemische· Zusammensetzungen angegeben, Tabelle II zeigt die Zeitstandfestigkeit dieser Stähle.

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Tabelle I	σ	^(Angaben in	Mn	Gew.-%	)	Hi	Ti	Nb+Ta	C	Bern.	* a
Έν		Si		Or				Ti-KWb+Ta)		mgs g( :a'hle
								austenit.		t-> T— ti ca Ά
	0,07		1,52		12,-16	0,44	_	Verh.	SUS-29	•Η ¹K ς.
1	0,05	0,54	1,67	17,47	12,50	-	0,78	0,63	SUS-43	M
2	0,14	0,63	1,44	17,08	11,45	-	1 ,10	0,50	• (D
3	0,03	0,56	1,51	15,75	9,57	0,10	0,18	0,90	H pH
4	0,12	0,70	1,14	17,83	9,27	0,03	0,02	0,62	<D -P > CO
5	0,13	0,72	1,51	20,37	1 0,62'	0,09	-	11,90
6	0,14	0,53	1,49	15,94	11 ,56	-	0,54	5,30
7	0,13	0,58	1,49	15,59	11,50	-	0,76	3,20
8	Ό,16	0,63	1,47	16,01	9,86	0,09	0,13	■ 1,32
9	0,13	0,58	1,47	18,29	9,98	0,09	0,29	4,06
10	0,16	0,58	1,45	18,47	9,86	0,08	0,30	2,15
11	0,12	0,50	1,20	18,20	9,16	0,02	0,098 •	2,72
12	0,68	20,28				6,80

	Tabelle II	• η 600	(Angaben	in Kg/mm )	⁰O	4 TOO	1	0
		10 h	⁰C	4650	1 Oh	io⁴h		0^Dh
		19,0	10^bh	10 h	7,5	6,5		4,0
	1	19,0	15,0	10,8	8,0	7,5		4,0
	2	18,5	13,0	12,5	9,4	7,0		5,2
	3	17,5	14,0	12,2	8,4	7,3		5,3
	4	19,5	13,5	11,5	9,0	7,6		5,5
	5	20,5	14,7	12,6	11,0	9,3 .		6,5
	6	21,5	15,7	14,0	12,5	10,0		7,8
	7	18,5	16,8	15,5.	9,5	7,8		6,0
	8	21,5	13,7	12,5	12,3	10,6 '		8,0
	9	20,0	16,8	15,5	10,0	' 9,4		7,2
1	O	21,0	15,5	13,0	11,0	9,6		7,6
1	1	20,3	16,0	14,0	9,5	8,2		6,0
1	2		15,5	12,6

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Aus den obigen Tabellen ist klar ersichtlich., daß sich die Zeitstandfestigkeiten der Gruppe der Stähle 1 "bis 5 von der der Gruppe der Stähle 6 bis 12 unterscheiden. Bei, einer Versuchs-

o ζ

temperatur von 700 O und einer Versuchsdauer von 10^ Stunden liegt die Zeitstandfestigkeit der ersten Gruppe im Bereich, von 4 bis 5,5 kg/mm , die der zweiten Gruppe im Bereich von 6,0

und 8,0 kg/mm . Der Unterschied beruht auf dem unterschiedlichen Atomverhältnis, das zwischen 4,0 und 5,3 sowie 11,9 und 6,0 und 8,0 liegt. Aus diesem Vergleich ist zu ersehen, daß der für die Verbesserung der Hitzebeständigkeit am besten, geeignete Bereich des Atomverhältnisses zwischen 1 und 8 und insbesondere zwischen 3 und 5 liegt. Natürlich ist die Hitzebeständigkeit von SUS-29- oder SOS-43-Stahl, die Ti oder Fb enthalten,. sehr niedrig.

Die Figur zeigt die Zeitstandfestigteit in Abhängigkeit von

C Verschiedenen Atoiaverhältnissen —r bei einigen erhöhten Temperaturen.

In den Kurven der JPigur ergibt sich aufgrund der Erhöhung der Festigkeit infolge der Kohlenstoffverteilung, eine merkliche Abnahme der Festigkeit bei einem Stahl, dessen Atomverhaltnis unter 1 liegt, wobei der gesamte Kohlenstoff als Ti- und Nb-Karbid gebunden ist. Ähnlich ergibt sich eine merkliche Abnahme der Festigkeit bei einem Stahl, dessen Atomverhaltnis über 8 liegt, da zu viel Kohlenstoff gelöst ist, der zur Ausscheidung von 0^r23^5 ^un£i ^zu dessen Koaleszenz führt.

Sowohl aus der Tabelle II als auch aus der Figur ergibt sich, · daß der Stahl mit einem Atomverhaltnis von 3 bis 5 hinsichtlich seiner Festigkeit die beste Qualität aufweist.

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Auf diese Weise ist lediglich, dafür Sorge zu tragen, daß der Bereich des Atomverhältnisses_s das einen entscheidenden Einfluß auf die Warmfestigkeit ies Stahls ausübt, entsprechend gewählt wird. So kann genäS der Er£indung.die Warmfestigkeit, die bisher unzureichend ist, bei niedrigeren Kosten merklich verbessert werden. Der erfindungsgemäße austenitische hitzebeständige Stahl lcann in vielen industriellen Anwendungsbereichen verwendet werden. Insbesondere sind Eohre für die Kesselherstellung einer der am- besten geeigneten Anwendungsbereiche.

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Claims

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. Austenitischer hitzebeständiger Stahl dadurch gekennzeichnt, daß er im wesentlichen aus 0,03 bis 0,30 Gew.-^ O, bis zu 1,00 Gew.-% Si, bis zu 2,oo Gew.$ Mn, 15,0 bis 26,0 Gew.-% Or, 7,0 bis 22,0 Gew.-% Ni, 0,0 bis 1,0 Gew.-% Ti, 0,0 bis ; 1,5Gew.-^ Nb+Ta, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen besteht, und daß das Atomverhältnis von

' "TaT ^{im Berelcn} zwischen 1 und 8 liegt.

2.. Austenitischer hitzebeständiger Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomverhältnis von

G "

^{im Bereic]a} zwischen 3 und 5 liegt.

3. Austenitischer hitzebeständiger Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus 0,03 bis 0,30 Gew.-^ C, bis zu 1,00 Gew.-^ Si, bis zu 2,00 Gew.-% Mn, 15,0 bis 26,0 Gew.-^ Cr, 7,0 bis 22,0 Gew.-% Ni, bis zu 1,0 Gew.-^ Ti, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen besteht, und daß das Atomverhältnis von ■—. im Bereich zwischen 1 und 8 liegt.

4. Austenitischer hitzebeständiger Stahl nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnt, daß das Atomverhältnis von ψ. im Bereich zwischen 3 und 5 liegt.

5. Austenitisoher hitzebeständiger Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus 0,03 bis 0,30 Gew.-% G, bis zu 1,00 Gew.-% Si, bis zu 2,00 Gew.-% Mn, 15,0 bis 26,0 Gew.-% Or, 7,0 bis 22,0 Gew.-% Ni, 1,5 Gew.-% Nb + Ta, Rest Pe und unveriaeidliohe Verunreinigungen besteht, und daß das Atomverhältnis von -^- im Bereich zwischen 1 und 8 liegt.

6. Austenitischer hitzebeständiger Stahl nach Anspruch 5 dafilB£sh

gekennzeichnet, daß das Atomverhältnis von im

ν ο + χ a

Bereich zwischen 3 und 5 liegt. . -

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7· Austenitischer hitzebeständiger Stahl nach Anspruch 1, 3 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 0,1 Gew.-% Si und/oder mindestens 0,2 Gew.-% Mn enthält.

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-Jt-

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