DE1940033A1

DE1940033A1 - Oxydationsbestaendige Legierungen auf Eisengrundlage mit einem Gehalt an Chrom und Aluminium und/oder Silicium

Info

Publication number: DE1940033A1
Application number: DE19691940033
Authority: DE
Inventors: Ford James A; Caule Elmer J; Pryor Michael J; Sperry Philip R
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1969-08-06
Publication date: 1970-02-12
Also published as: BE737283A; GB1260424A; NL6912101A; FR2015315A1

Description

DR. ELISABETH JUNG, OR. VOLKER VOSSHJ8. DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY

• MÖNCHEN 2t ■ 8IEQESSTRAII8E1·- TELEFON S4M·? · TILEOMAMM-AOBCBSEt INVENT/MONCHCN

TELEX 12011t

i. R Aug.

-u.Z.: E 54-0 (vdB/Vo/Kü)
Gase 751 311-B

OLIN MATHIESON CHEMIGAI COHPOBATXON
New Haven, Connecticut, V.St.Ao

^H Oxydationsbeständige Legierungen auf Eittngrundlage alt eine* Gehalt an Chrom und Aluminium und/oder Siliolu« "

Priorität? 8. August I968, 7.St₀A₉, Hr, 751 311.

Be ist seit langes Ziel der Xeohnlk, eiae preiswert« Legierung auf Eisengrundlage mit einer solchen überragend·!! Oxidationsbeständigkeit zu erzielen, die die rostfreien Stähle sit sehr al· 11?£ Chrom aufweisen. Gegenwart ig ttütst vieh das eiaaig· bekannte Verfahren zur Schaffung einer eolchea auf die Bildung einer festhaftenden OrgO Dies erfordert umfangreiche Mengen Chrom in fester Lö«uag; konnte tatsächlich zeigen, daß eine Kindestmeage von 11 Gewichte-Prozent Chrom erforderlich ist, um das Merkmal einer hervorragenden Oxydationsbeständigkeit bei rostfreien btählen zu erreichenο

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POSTSCHECKKONTO. MONCHiM «UM · BANKKONTO »6U70ON3 BANK A,«, M9NCN1M, (.MOPOLStTK. 7t, «TO. Ml

Bs ist ein Ziel vorliegender Erfindung, Legierungen zu schaffen, die weniger teuer als rostfreie Stähle sindo

'Es ist ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung, Legierungen zu schaffen, die eine gleichgute oder bessere Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen, wenn sie mit rostfreien Stählen ia Temperaturbereich von 500° bis 100O⁰C verglichen werdeno

Es ist ferner ein Ziel vorliegender Erfindung, Legierungen zu schaffen, die keine besonderen Verfahrenstechniken oder Vorrichtungen erfordern., —

Andere Ziele und Vorteile werden dem Fachmann aus den Einzelheiten der Beschreibung einer besonderen AusfUhrungsform in Verbindung Bit den Zeichnungen ersichtlich, welch letztere einen Teil der Beschreibung -darstellen und die in einzelnen folgendes zeigen:

Ia Figo 1 ist schaubildlich die beobachtete Gewichtszunahme in Ug pro cm bei einer Legierung mit 2$ Chrom und yj» Aluminium aufgetragen, die zwei Stunden lang einer Temperatur von 250 - 800⁰C ausgesetzt war»

Xn Figo 2 ist die Gewichtszunahme in ug pro cn bei einem rost= freien Stahl vom Typ 301 (mit 17$ Chrom und ?# Nickel) gegan die Temperatur in ⁰C aufgetragen, nachdem diese Legierung zwei Stunden lang diesen Temperaturen ausgesetzt worden warο

In Figo 3 ist schaubildlich die Gewichtszunahme in jig pro cm , ge· gen die Temperatur in ⁰O aufgetragen, nachdem eine 3$> Chrom und 2# Silicium enthaltende Legierung zwei Stunden lang einer Tempe-

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ratur von 250 - 800⁰G ausgesetzt worden. war«,

Bq wird in vorliegender Erfindung eine Klasse von Legierungen beschrieben, welche insbesondere niedriglegierte Bisenlegierungen sind und eine bedeutend höhere Oxydationsbeständigkeit besitzen, als sie von rostfreien Stählen im Temperaturbereich von 500° bis 1000⁰C erreicht wird,

Diese außergewöhnliche Oxydationsbeständigkeit wird durch Zusatz einer Kombination von Chrom und Aluminium und/oder Silicium als legierungszusätze erreicht. Insbesondere haben ausgedehnte Forschungen gezeigt, daß die Kombination von Aluminium und/oder Silicium in hoher Reinheit bei Legierungen auf Eisengrundlage ein außergewöhnliches und unerwartetes Oxydationsverhalten in einer Luftumgebung bei hoher Temperatur schafft, wenn 1 - 5$ Chrom mit verwendet wird» Man fand« daß über den Kombinationsbereich von 1 - 5$ Chrom und 1 - 4$ Silicium und/oder 1 - 4$ Aluminium bei der Oxydation die Gewichtszunahme der erfindungsgemäßen Legierungen ungefähr 20-aal niedriger als die erfahrungsgemäße Gewichtszunahme von rostfreien Stählen beträgt«

Wie in FIg₀ 1 gezeigt ist, ruft die Kombination von % Aluminium und 2$ Chrom eine einzigartige und außergewöhnliche Umkehrung in der Gewichtszunshme bei der Oxydation im Temperaturbereich von 600 « 900⁰C hervor. Es wurden bei Temperaturen von 700 - 800⁰C

ρ
Gewicht szunaliiaen unter 100 ag pro cm beobachtet. Dies steht im deutlichen Gegensatz zur Gewichtszunahme bei der Oxydation, die rostfreie Stähle (Typ 301 mit 17£ Chrom und 7# Nickel) zeigen, · wie es Figo 2 über den gleichen Temperaturbereich zum Ausdruck

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bringt,

Die in diesem Temperaturbereich erzeugten Oxidfilme sind nahezu farblos und festheftend. Andererseits beginnen gewisse rostfreie Stähle (Typ 301), bei höheren Temperaturen, zum Beispiel 90O⁰C, nichthaftenden Zunder zu bilden₀ Diese einzigartige und deutliche Umkehrung in der Gewichtszunahme bei der Oxydation findet in dem oben für 1 - 5$ Chrom und 1 - 4$ Aluminium und/oder 1 - 4# Silicium angegebenen chemischen Bereich statt_o

Pig» 3 stellt achaubildlich eine Eisen~Chrom~Silicium~legierung nach vorliegender Erfindung dar und zeigt die Gewichtszunahmen in

2 '

pg pro cm gegen die Temperatur, nachdem die Legierung mit der angegebenen Kombination, nämlich 3»O?S Chrom und 2,0$ Silicium, zwei stunden lang auf einen Temperaturbereich von 250 - 800⁰C erhitzt worden war« Ss ist ersichtlich, daß die Legierung viel niedrigere Gewichtszunahmen in dem '.temperaturbereich von 500 - 80O⁰C als die in Fig. 2 gezeigten rostfreien Stähle vom Typ 301 hatte_o Tatsächlich ist aus diesen Befunden ersichtlich, daß die Gewichts·=

zunahmen unter 50 ug pro cm für den gesamten Temperaturbereich überzeugend sind»

Man nimmt an, daß sich die Verminderung in der Gewichtszunahme mit der Temperatur aus der Bildung von Aluminiumoxid Al₂O, zuaamaen mit Komplexen wie FeO*AIgO, ergibt„ Wenn Silicium zusatz» lieh zum Aluminium vorhanden iat, scheint Silicium die Bildung dieser Verbindungen in nicht klar verständlicher Weise anzuregen_o

Im Falle, daß Silicium mit Chrom legiert ist, regt Silicium die Bildung von Chromoxidverbindungen in einer nicht klar verständli-

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cheh Weise an_c

Es wird ersichtlichj daß die Legierungen vorliegender Erfindung beträchtlich weniger teuer als diejenigen Legierungen sind, die Ghrom in Mengen von wenigstens 11$ erhaltene Beispielsweise werden gewöhnlich 18$ Chrom und 8$ Hickel verwendet_o

Die Legierungen auf Eisengrundlage nach vorliegender Erfindung können durch übliches Schmelzen* &ießen_? Warm=· und Kaltverformen der Eisengrundlage hergestellt werden» Die Legierungen, vorliegen der Erfindung erfordern keine besonderen Torrichtungen oder Q?eoh<=>

Beispielsweise können die Legierungen vorliegender Erfindung unter Unterdruck gegossen, zum Beispiel bei etwa 982⁰O diffusionsgeglüht, auf annähernd 5 am Stärke warmgewalzt, gewünsehtenfalle unter Anlassen auf. etwa 932⁰C geschält und ohne Zwischenglühen von 5 mm auf etwa O_f4 mm Stärke kaltgewalzt werdenα

Der ia vorliegender Erfindung zu verwendende Stahl erfordert jedoch teein Gießen unter Unterdruck. Man kann übliche Stahlherstellungßverfahren anwenden _} wie sum Beispiel Hoohofenbehandlung mit .Reduktion des Kohlenstoffgehalts entweder durch das Herdfrisch= oder Aufblasverfahren (LD-Verfahren)., wie es in der lechnik bekannt ist* Die erhaltene Zusammensetzung der Legierungen kann wie folgt sein: Phosphor und Schwefel jeweils maximal O„O4$₉ der Mangangehalt kann bis zu"1₉5?S» vorzugsweise bis zu 0,2$, betragenj Kupfer kann bis zu 2$, jedoch vorzugsweise bis zu nicht mehr ala 0^5$_ρ anwesend sein, andere Metalle, einschließlich kel, Molybdän, Yarmdium und andere Legierunjeeieisente, dia für

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•gewöhnlich in niadrigl8gierten Stählen vorhanden sind, können bis au 0,20$ vorhanden seiHo Der Kohlenstoffgehalt kann sich hie zu 2$ erstrecken^ und zwar für bestimmte Anwendungsraögliohkeiten für die legierungen, bei denen eine hohe Verschleißfestigkeit gefordert wird« Jedoch beträgt der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise nicht sehr als 1#_e Weiterhin liegt der bevorzugte Bereich bei 0,01 - 0,25$ Kohlenstoff, Hau erwartet, daß der letztgenannt te Bereich die allgemeinsten Anwendungsmögliohkeiten. haben wird*

Als weiteres hervorragendes Merkmal dieser Legierungen fand man, daß die legierungen nach vorliegender Erfindung in hohem Maße ge» gen atmosphärische Oxydation beständig sind und erst anlaufen, nachdem sie 5 Minuten bis 100 Stunden lang einer Luftoxydation bei einer hohen Temperatur von 400 - 1000⁰C, vorzugsweise 600° bis 1000⁰O, ausgesetzt worden sind« Beispielsweise zeigten sich bei einer zweistündigen Behandlung bei 800⁰O sehr befriedigende Ergebnisse»

Man fand auch, daß diese Legierungen gegen atmosphärische Verunreinigungen, die Schwefel und/oder Wasserdampf und/oder Kohlen= monoxid/Kohlendioxid-Kombinationen enthalten, beständig siacL Eine derartige Atmosphäre ist für die meisten Kohlenwasserstoffverbrenmragsgase typisch*

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Claims

~ 7 Patentansprüche »"

1o Legierung auf Eisengrundlage, gekennzeichnet durch

(A) einen Zusatz von 1 ~ 5$ Ghrom,

(B) Legierungszusätze von Aluminium und/oder Silicium im
Bereich von 1 bis 4$ und

(G) einen Hest von ia wesentlichen Eisen»

2c Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt bis zu 2# Kohlenstoffο

3o Legierung nach Anspruch 1_? gekennzeichnet durch einen Gehalt jeweils bis zu 0,04$ Phosphor und/oder Schwefele

4· Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen (Jehalt bis zu 1,5$ Mangan c

5 ο Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt bis zu 2# Kupfer.

6* Legierung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt bis zu Ο,29ό Manganc

7ο Legierung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Sehalt Ο,5# Kupfer.

8. Legierung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt bis su 1£ Kohlenstoffe

9« Verfahren zur Herstellung einer oxydations- und anlaufbestän dige η Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß nan eine Legie
rung auf Bisengrundlage mit einem Legierungszusatz von 1 bis Ghrom und Legierungszusätzen von 1 bis 4# Aluminium und

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bzw, oder Silicium einer Oxydation bei einer Temperatur von 300° bis 1000⁰O einer Zeitdauer von 5 Minuten bis 100 Stunden aussetzt«

1Oo Verfahren zur Vermeidung von Schaden in verunreinigter industrieller Atmosphäre; dadurch gekennzeichnet, daß man eine Legierung auf Eieengrundlage mit einem Gehalt an Legierungsaueätzen von 1 - 5$ Chrom und 1 - 456 Aluminium und/oder Silicium einer Oxydation bei einer Temperatur von 300° bis 1000⁰G für eine Dauer von 5 Minuten bis 100 Stunden und einer verunreinigten Atmosphäre aussetzt*

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigte Atmosphäre Schwefeldioxid enthalte "

12» Verfahren nach Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet, daß die verunreinigte Atmosphäre Wasserdampf enthält₀

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