DE1934288A1 - Nickel-Chrom-Eisen-Legierung - Google Patents

Description

Dipf.-lng. H. Sauerland · Ör.-Ing. R. Köni!J34288

Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf · Cecifienaltae 7s · Telefon 43b7ss

Unsere Akte» 25 009 4. Juli 1969 Ill/Soh.

International Hiokel Limited, Shames House, Hillbank, London. S. W. 1. Großbritannien

"Hi okel-Chrom-Eisen-Legi erung"

Heiße, Schwefelwasserstoff und Wasserstoff enthaltende Mischgase, wie sie häufig heim Kracken von Erdöl anfallen, sind außerordentlich korrosiv gegenüber Hiokel- und Eisen-Legierungen, weswegen ein großer Bedarf an einer preiswerten Legierung mit ausreichender Oxydatlons-, Aufkohlungs- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber den genannten Gasen sowie hoher Warmfestigkeit besteht.

Ss ist allgemein bekannt, daß die Beständigkeit von Stählen und Hickel-Leglerungen gegenüber einer Oxydation und Aufsohwefelung durch einen Aluminiuaamsatz verbessert werden kann· So wurde festgestellt, daß eine aluatlniumhaltlge Hickel-Chrom-Slsen-Leglerung mit 333< Hiokel und 21jt Ohroa im Temperaturbereich von 400 bis 600⁰O besonders korrosionsbeständig gegenüber Wasserstoff mä Schwefelwasserstoff ist. In der Zeitschrift "Proceedings of the 7th World Petroleum Congress*, 1967ι 6» 201-208 wird dasü daß die Korrosion»Beständigkeit aait steigendes halt besser wird und bei einem Gehalt v&n 2 Me 4£ iiuainiua optisal ist»

Sin derartiger Aloainiiisgel^lf fll&rt jadosli bei einer lisesüegicrusg sdt 3$£--Iiafcel m& 21^ OhrOK Im$,

,;. .-QRIGiKAL INSPECTED

1934199

exnder Wärmebeanspruohung au Gefügeänderungen und damit zu einer VersprSdung bzw. Beeinträchtigung der Kerbschlagzähigkeit. TM diesen Nachteil au verringern, kann das Gefüge in gewisser Weise duroh ein Glühen bei 925 bis 1040⁰C vor der Inbetriebnahme stabilisiert werden. Das ist jedoch keineswegs ausreichend. Sie vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden feststellung, daS sich eine ausgezeichnete Kombination von Korrosionsbeständigkeit, ZeitStandfestigkeit und Gefügestabilität bei langandauernder Wärmebeanspruchung ergibt, wenn die Gehalte der Legierung an Nikkei, Chrom, Aluminium und gegebenenfalls Titan sorgfältig P aufeinander abgestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält 0,02 bis 0,15?* Kohlenstoff, 32 bis 48Jt Nickel, 19 bis 24S* Chrom, 2,2 bis 3,55* Aluminium und 0 bis 0,6ft Titan, Rest Bisen. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei steigendem Aluminiumgehalt der Mindestgehalt an Nickel im Einblick auf die Ausschaltung einer 7ersprö°dung bei länger andauernder Wärmebeanspruchung erhöht und der dies erlaubende Höchstgehalt an Chrom verringert werden· Vorzugsweise wird der Kickelgehalt daher auf mindestens 3&% erhöht,

Das !Titan verbessert die Zeit Standfestigkeit, weswegen die ' erfindungsgemäSe Legierung vorteilhafter Weise 0,10 bis Q_t35fi 21tan enthält· !Titan führt jedoch auch zu einer gewissen VersprSdung, weswegen bei dem titanhaltigen Legierungen die Gehalte an Hickel, Chrom, Aluminium und Si tan sorgfältig aufeinander abgeatimi werden müssen. So erfordern je 0₉1|S Si tan zum Vermeiden einer y@rspro*dtmg zusätzlich 1£ Hiokel.

. ' Xn der beiliegenden Zeichnung ist der HiekalgehaXt lieh dem Zehnfachen des SitimgelsjL&tes gegen den halt unter Berüelo&efctiguag de« lltatiii£*isg*liäält®s

■ ORiGiMAl INSPECTED

_ 19342??

meter aufgetragen· Nach der Erfindung werden die Gehalte an Hickel, Chrom, Aluminium und Titan so aufeinander abgestimmt, daß der Punkt mit den Koordinaten Q#Nl) - 10(£Si)j und (£Cr) im Feld ABCDEA und auf oder links von der Kurve des Aluminiumgehaltes oder des nächsthöheren Aluminiumgehaltes liegt.

Das Diagramm zeigt, daß die niedrigste Aluminiumkurve bei 2,5jC liegt. Sei Aluminiumgehalten von 2,5£ und darunter müssen die Gehalte an Nickel und Chrom so aufeinander abgestimmt werden, daß der der Legierungszusammensetzung entsprechende Punkt im Feld ABCDEA liegt. Beträgt der Aluminiumgehalt beispielsweise 2,55$, so muß der Punkt auf oder links von der Kurve für 2,6# Aluminium liegen.

Legierungen mit unter 19£ Chrom besitzen eine verhältnismäßig geringe Beständigkeit gegen Aufschwefelung und Aufkohlung, während bei Chromgehalten über 24£ der im Hinblick auf die Gefahr einer Versprödung erforderliche hohe Nickelgehalt seinerseits die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt. Vorzugsweise übersteigt der Chromgehalt daher 22ji nicht und beträgt vorteilhafter Welse 20,5 bis 21,5Jl,

Die Legierung neigt umso weniger zur Yersprödung, je mehr der Nickelgehalt erhöht wird, weswegen mindestens 38jC Nikkei vorhanden sein müssen. Andererseits wird die Korrosionsbeständigkeit bei Nickelgehalten über 48# beeinträchtigt, so daß der Nickelgehalt vorzugsweise 4656 nicht Übersteigt·

Kohlenstoff gehalt e bis 0,155* verbessern die Bruchdehnung der Legierung auf Kosten der Zeitstandfestigkeit, während Kohlenstoffgehalte über 0,15£ die Festigkeit in starkem Maße verringern. Vorzugsweise enthält die Legierung daher 0,04 Isis 0,12* Kohlenstoff.

909887/1130

1194195

Sie Legierung kann auch noch weitere Elemente enthalten. So wird beispielsweise dl· ZeitStandfestigkeit und in geringerem Mae· auch di· Kerhsehlag iäMgkeit duroh «inen lorzusatz bis 0,02?C und vorzugsweise nieht über 0_f005# erhöht·

Die Oxydations- und Yerzunderungsbeständigkeit dtr Legierung kann durch Seltene Erdmetalle verbessert werden» beispielsweise duroh einen Zusatz ron Misehmetall oder Yttrium· So kann die Legierung bis O₉JlH, beispielsweise 0,03 bis 0_ti% Seltene Erdmetalle und/oder bis 20, beispielsweise 0,3 Ms 0,θ£ Tttrium enthalten·

Silizium, das die Oxydation·-_f Tereunderungs- und Aufsohwefelungsbestfindigkeit merklieh verbessert* darf die Legierung allenfalls als Verunreinigung enthalten, da es- sieh außerordentlich schädlich auf di· KerbeohlagBtfhigksit auswirkt und die Gefahr eiser YersprOdung erhöht· Der Siliziumgehalt muß unter 1£ liegen und wird vorzugsweise unter 0,5Ji, besser nooh unter O,25J* gehalten· Ton den Weiteren Ternnreinigungen kann die Legierung noch bis 1jf( Mangan enthalten. -

1Kb die Zeitstandfestigkeit is verformten Zustand voll su entwickeln, mu0 iie Legierung einer Wärmebehandlung umterworfen werden, die beispielsweise aus einem 30-Minütigen bis e-ettindig«m aifihen bei 950 bis 1200⁰O, vorzugsweise bei 1100 bis 1200⁰O bestehen kann. Alsdann kann die Legierung beispielsweise durch ein ein- bis 24-etitndigcs fltlühen bei 600 bis 90O⁰C ausgehärtet werden, wenngleich das Aushärten entfallen kann, da üblicherweise bei Inbetriebnahme zwangsläufig ein Aushärten In diesem Temperaturbereich stattfindet· Mach jeder Wärmebehandlung v«wp die Legierung .. ' · mit üblicher Geschwindigkeit abgekühlt werden.

Sie geringere Neigung zur Versprtfdung ohne Verlust der -■■■" 909887/1130

lorroeionebeatitndigkelt gegenüber Schwefelwasserstoff* und Wasserstoff -Ataospharen aufgrund der sorgfältigen Abetiamung der legierungsbes-fcandteile seigt lieh an Yersohiedenen Yereuehelegierungen, die teils unter die Srflndung fallen, teil· al» Terglelohilegitruiigen außerhalb liegen. Unter andere» wurden lorroslonevereuehe durchgeführt, bei de« nen dl· Yersuohslegierungen 1000 Stunden dem Angriff eines öaegeaieohee aus Wasserstoff und 1,5 Vol.~jt Sehwefelwmsserstoff mit einer Ströeungifeitliwindiglceit ron 15 1/h ausgesetst waren· Außerdem wurden Kerfeeohlagversuene im AnsonluS an die beiden nachfolgend festgelegten Wärmtbehandlungen durchgeführt. .

sweistandlges £8su&gsgl1lnen bei 105O⁰O, Luftabkühlen und aaeenlielendee lOOO-stOndiges Glühen bei 70O⁰O.

sweletundiges Löeuagaglühen bei 1050⁰O, Abkühlen in luft, 25)M.ge Xaltrerformung und 1000-etündiges^itmem lei TOO⁰O.

Me KaXtrerformang Tersttokt die leigtmg 9nr Tereprödung bei langanaauernder temyeBfttiftiearaprnonung, so dafi das 1000-atündige dlühem »ei ?00°0 einem meor sie 10 OOO-etüadigem «Jltlhtn ohne KaltrerforÄUBg aa.uiTea.ent ist. In der naohfolf«naen S«le|le I sind den mit aroßbuehetaben gekeojiieiohntten TerffleicÄelejieruögtn die mit Jiff esst ge-> kenneeiohneten le«i»ruage» a&sh der txtiMwm gegeattlierge-. stellt» I» jede« fallt be«t«wl der litgisx-imgiixm* m* Bisen· * -' ;.-■■■-.-■. ■:'· -■'..-'■'. -■'..;■

cn

er vo

VO τ- VO O t*- CM CM T- VO UV fr- KV τ- KV f-

τΓ CM CM T^ «# ·τ·- N N t· K\ O* OV K\ h CO VO ^

■ ■ :· ■ ■ T" · *

cm in

c- cn Φ

r- Φ **· vo

Φ Φ

Φ in r~ in vo

·* Φ

CM CM

OV *" t- *" O

VO °.

φ* £

kv cm T-

νοτ-cnKvcnoovi-cnuvcM • .τ- · . τ»

CM CM Φ VO

Olli

t- N h ·+ \C *+ CMCM

cm ι kv cm ι T^ cn ο ι ι ο cm ι

in in

in t*-

ΚΛ KV

CM

in

cm r* t- cm cn

Φ cn

I I I I I I I I I I I f I I I I I O O I

- ; _i O O

cn uv ο uv φ e»

m in vo τ- cm . mm

I I I I I · · · · · I I I I I · · I I 1

O O O τ- O OO

cncMT-voO'4>cMOO®cM®®<nm®inKvc^K-o CMvocnvocM^cncMCM^QT^t'-cM^T^incn^vo

l-oo vo uvov» cn in t- ία ao ο Φ cm cm in co ο 4 i<\ ©oocMT»T-cnoocMcnT»OT-T-cno*-T-cn

WWNWWNrWWWi-NNCylWrNIMWr

mcnmmmo ο ο ο uv in ο inotno mo c- ο <♦ «ο cncnmmmvovs vo in 3 m φ cd uv ir. ί#· ^ vo

CvfcM<4c4inCMCMCMCMCMc4c4c4cMCMCMCMCMCMCM

in- sn tn cm m c^ τ— c^ τ— w βο ^* ι^ νό β^ν ^^ *& m co c^ m t^- vo vo vo r— ι*· cd ι>· β*** vo m t*- ms» vo m c*- t~- v# w

' OOOOOOOOOOOOOOOOOOO ooooooodooodooooobo

9O9S87/11S0

Sie Zusammensetzung jeder Versuohslegierung ist im Diagramm der Zeichnung durch den betreffenden Buchstaben oder die betreffende Hummer gekennzeichnet; lediglich die legierungen V und R, bei denen [(jöti) - 10(0X1)3 unter 32* lag, erscheinen nioht im Diagramm·

Die Werte des Korrosionsversftohe sseigen geringe Abweichungen infolge der unterschiedlichen LegierungszusaBmensetzungen·

Die starke Versprödung der nicht unter die Erfindung fallenden Legierungen zeigt sich bei den Kerbsehlagversuchen, insbesondere im Falle der vorhergehenden Kaltverformung· Sämtliche unter die Erfindung fallenden Legierungen besaßen nach einem 10GO-stündigen Glühen ohne Kaltverformung eine Kerbsohlagzähigkeit über 7»β kg/mm und selbst nach einer Kaltverformung mit anschließendem 1000-sttindigem Glühen noch immer eine Kerbsehlagsähigkeit von mindesten« 5,0 kg/mm² bei gleichzeitig zufriedenstellender Korrosionsbeständigkeit· Die Bedeutung der sorgfältigen Abstimmung der Legierungsbestandteile zeigt beispielweise ein Y«fgleich der Legierungen X und 9· Die erstgenannte Legierung enthielt im Vergleich zu den Gehalten an Kiokel und Chrom zu viel Aluminium, während die letztgenannte Legierung mit etwa ähnlichem Nickel- und Chromgehalt, jedoch zu wenig Aluminium weitaus zäher war· Die Legierung U mit nahezu guten Eigenschaften besaß jedeoh in Anbetracht ihres hohen Aluminiumgehaltes nicht den richtigen Nickel- und Chromgehalt,

In Tabelle II sind die Zeitstandfestlgkelten sechs weiterer erfindungsgemäßer Legierungen nach einem Lösungsglühen und Aushärten aufgeführt. Die Daten zeigen die Wirkung des Lösungsglühens und anschließenden Aushärtens und außerdem die Bedeutung der Gehalte an Kohlenstoff (Legierung 11, 13)

909887/1130

1934299

und Iitan (Legierung 13 Isle 15) hinsithtlieh der Zeitetandfestigkeit· '

Die erfindungegenäee Leglernng kann inetoeiondere geeohai·- det, waragewalst und stranggepreet werden. Sie läßt auch unter starker Vorspannung leicht sonwelfien·

900807/1130 W

mw

SM-

Iilff

• · I · I

«* Ϊ5 $

•Ι· Ι*·_: Λ* *· O O u\ «ή cn ^

Vti· CD « r »

RS

3 S

ι ot t ι a

Ö O ·· O

in φ cn ο*

Claims (1)

1. to -

   19342«?

   International Iiakel Limited, dun Houii, XilX¥c&l_v

   »«mwmmmmm iii««wimwwwwwmmmi»

   S« W* 1» Großbritannien

   Pat antangOrü eheι

   1· liokel-Ghroa-liaen-Legierunf, bestehend aus 0,02 bis 0,159* Kohlenstoff, 32 bis 43* liekel, 19 bis 24* Chrom, 2,2 bis 3,5Ji Aluminium, 0 bis 0,6* Titan, 0 bis 0*02* Bor, insge_k samt 0,9* Selten· Irdmetalle, 0 bis 2* Yttrium, Rast ein-" »chlieBlioh ersehmelsungsbedingter Terunreinigungen Ei »an, daran Oahalta an liokal, Chrom, Aluminium und Xitan so aufeinander abgestimmt sind, daß dar Punkt mit dan Koordinaten [IiCaTi) - 10(*ϋΠ und (*Cr) im TaId ABODBA auf oder links iron dar betreffenden oder näehs-ihb*haren Aluminiumkurra Uagt.

   2· Legierung naoh Anspruch 1, dia je do oh 38 bis 46* Hickel und huahstans 22* Chrom entliält,

   3· legierung naoh Anapruoh 2, daran Chromgahalt jadooh 20,5 bis 21,5* beträgt, .

   4· Legierung naoh einem oder mahraran dar Anspruchs 1 bis 3, dia jedoch 0,10 bis 0,35* Titan enthält.

   5· Legierung nach eineai odar mahraran dar Ansprüche 1 bis 4, dia jedooh bis 0,009* Bor enthält,

   6. üagiamms; naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, die jedeeh 0,04 bis 0,12* Kohlenstoff enthält.

   7· TerwendBnf einer £e£iestms a»eh einem der Anspruch· 1 bis 6 als Werkstoff far §ffanetinde, die bei hoher leitstand-»

   999887/1130 . bad original'

   -11.'- ■■ 19342$?

   festigkeit und Zähigkeit eine gate Korrosionsbeständigkeit gegenüber wasserstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen Gaeen besitzen müssen·

   909^87/1130

   Leerseite