DE1946237A1

DE1946237A1 - Vanadium alloys for gas turbine blades

Info

Publication number: DE1946237A1
Application number: DE19691946237
Authority: DE
Inventors: Horst Boehm; Manfred Dipl-Ing Dr Ruehle; Peter Dipl-Ing Dr Wincierz
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH; Metallgesellschaft AG
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH; GEA Group AG
Priority date: 1969-09-12
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1971-03-25

Abstract

Blades and other exposed parts of gas turbines, esp. helium turbines of gas-cooled nuclear reactors, are made from vanadium alloys containing 50-99.8% V; 0.1-5% Ti; 0.03-0.4% O; 0-30% Mb; 0-20% of Cr, Mo, 0-10% of Al, Mn, Fe, Co, Ni. Ta, W, 0-3% Si, 0-2% of Zr, Hf, Th or U 0-1% of Be, B, 0-0.2% C; and 0-0.2% N (C+N+O =0.4%; Ti+Zr+Hf =5%). These alloys have low density, good ductibility, and can be used at temperatures up to 850 degrees C.

Description

Verwendung von Vanadiumlegierungen als Werkstoff zur Herstellung von Schaufeln und ähnlich beanspruchten Bauteilen von Gasturbinen, insbesondere Heliumturbinen Die Erfindung betrifft einen Werkstoff aus Vanadiumlegierungen für die erstellung von Schaufeln und ähnlich beanspruchten Bauteilen von Gasturbinen, insbesondere Heliumturbinen für gasgekühlte Kernreaktoren. Derartige Bauteile müssen-bei Temperaturen von oberhalb ca. 700°C hohe Dauers tandf est iglre it aufweisen. Use of vanadium alloys as a material for production of blades and similarly stressed components of gas turbines, in particular Helium turbines The invention relates to a material made of vanadium alloys for the production of blades and similarly stressed components of gas turbines, in particular helium turbines for gas-cooled nuclear reactors. Such components have to be Temperatures above approx. 700 ° C have high long-term stability.

Es ist bekannt, als Werkstoff für Turbinenschaufeln, die bis zu etwa 70000 hohe Bauerfestigkeit und Zähigkeit haben sollen, Ohrom- oder Chrom/Nickelstähle sowie Nickel- und Kobaltlegierungen zu verwenden. Aus diesen Legierungen werden durch Schmieden, Walzen, Gießen oder Pressen Vorstücke hergestellt, die sodann gegebenenfalls durch spanabhebende Bearbeitung auf die gewünschten Abmessungen gebracht werden. Für Betriebstemperaturen oberhalb 70000, die zur Erzielung eines besseren Wirkungsgrades angestrebt werden, ist jedoch die Dauerstandfestigkeit solcher Werkstoffe nicht ausreichend, um den Beanspruchungen, die infolge der hohen Fliehkraft bei den in Rede stehenden Bauteilen auftreten, widerstehen zu können.It is known as a material for turbine blades that are up to about 70,000 should have high builder strength and toughness, Ohrom or chrome / nickel steels as well as nickel and cobalt alloys. These alloys become by forging, rolling, casting or pressing pre-pieces are produced, which are then optionally can be brought to the desired dimensions by machining. For operating temperatures above 70,000 to achieve better efficiency are aimed at, however, the creep strength of such materials is not sufficient to withstand the stresses caused by the high centrifugal force of the in Components in question occur to be able to withstand.

Es ist auch bekannt, als Werkstoff für solche Bauteile hochdauerstandfeste, gesinterte oder gegossene Hartmetalllegierungen aus Carbiden oder Nitriden von Wolfram, Titan, Chrom, Niob mit Zusätzen von Bor, Vanadium, Tantal, Kobalt, Nickel u.a. Metallen zu verwenden. Diese Werkstoffe sind jedoch verhältnismäßig spröde und teilweise nicht genügend zunderbeständig. Da ferner eine Verformung oder spanabhebende Bearbeitung der gegossenen oder gesinterten Vorstücke kaum möglich ist, ist die Erzeilung der gewünschten und erforderlichen Maßhaltigkeit der Schaufelabmessungen nur unter Überwindung großer Schwierigkeiten und in technisch aufwendiger Arbeitsweise zu erreichen. Es sind ferner Verbundwerkstoffe für Turbinenschaufeln bekannt, die aus einem die Leistung übertragenden, mit dem Schaufelträger starr verbundenen, gekühlten Kern und einer die eigentliche Schaufelform bildenaen ungekühlten Umhüllung aus hochhitzebeständigem Metall besteht. Solche Schaufeln sind wegen ihres komplizierten Aufbaus jedoch teuer. Es ist ferner ein Vorschlag vorveröifentlicht, Molybdänlegierungen als Schaufelwerkstoff für Helium-Reaktor-Gasturbinen vorzusehen (BBo-Nachr. Juli 1969, Seiten 392-)96).It is also known, as a material for such components, high fatigue strength, sintered or cast hard metal alloys made from carbides or nitrides of tungsten, Titanium, chromium, niobium with additions of boron, vanadium, tantalum, cobalt, nickel i.a. Metals to use. However, these materials are relatively brittle and partially not sufficiently resistant to scaling. Furthermore, there is deformation or machining of the cast or sintered pre-pieces is hardly possible, the production of the Desired and required dimensional accuracy of the blade dimensions only when overcoming great difficulties and in a technically complex way of working. It Composite materials for turbine blades are also known, which consist of a performance transmitting, with the blade carrier rigidly connected, cooled core and one The actual shape of the blade is formed by an uncooled casing made of highly heat-resistant material Made of metal. However, such blades are expensive because of their complicated structure. There is also a proposal in advance of using molybdenum alloys as the blade material to be provided for helium reactor gas turbines (BBo-Nachr. July 1969, pages 392-) 96).

Im rDurbinenbau besteht aus wirtschaftllchkeitsgründen die Tendenz zu höheren Brehzahlen, größeren Turbinendurchmessern und höheren Temperaturen. Ganz besonders gilt das für heliumgetriebene Turbinen, jedoch auch für Wasserdampf-und Kohlendioxidturbinen. Die höhere Drehzahl und der größere Turbinendurchmesser führen jedoch zu größeren mechanischen Beanspruchungen der Turbinenschaufeln wegen der erhöhten Fliehkräfte. Ferner setzt die erhöhte Temperatur di .Festigkeit des Schaufelwerkstoffes herab.For reasons of economy, there is a tendency in turbine construction to higher speeds, larger turbine diameters and higher temperatures. Quite This is especially true for helium-powered turbines, but also for steam and steam Carbon dioxide turbines. The higher speed and the larger turbine diameter lead however, to greater mechanical stresses on the turbine blades because of the increased centrifugal forces. Furthermore, the increased temperature sets the strength of the blade material down.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde1 einen Werkstoff zur Herstellung von Schaufeln und ähnlich beanspruchten Bauteilen von Gasturbinen, insbesondere Heliumturbinen von Kernreaktoren, bereitzustellen, der bei Temperaturen über 7000C die erhöhten mechanischen Beanspruchungen ohne Formänderung aufnimmt, zur Herabsetzung der Fliehkräfte ein geringes spezifisches Gewicht aufweist und einer materialabtragenden Fertigbearbeitung zugängig ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Verwendung von Vanadiumlegierungen der Zusammensetzung 50 bis 99,8 % Vanadium 0,1 " 5 % Titan 0,03 " 0,4 % Sauerstoff 0 " 30 % Niob je 0 " 20 % Chrom, Molybdän je C' " 10 % Aluminium, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Tantal, Wolfram " 3 % Silicium je 0 " 2 % Zirconium, Hafnium, Thorium, Uran je 0 " 1 % Beryllium, Bor 0 " 0,2 % Kohlenstoff 0 " 0,2 % Stickstoff wobei jedoch die Summe der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff 0,4 % ur) die Summe der Elemente Titan, Zirconium und Hafnium 5 % nicht überschreitet, als, gegebenenfalls mit einer Plattierung versehener, Werkstoff zur Herstellung von Schaufeln und ähnlich beanspruchten Bauteilen von Gasturbinen, insbesondere Helium turbinen für Kernreaktoren.The invention is based on the object of a material for production of blades and similarly stressed components of gas turbines, in particular Helium turbines from nuclear reactors, operating at temperatures above 7000C the increased mechanical stresses without Absorbs shape change, has a low specific weight to reduce the centrifugal forces and a material-removing finish is accessible. The invention solves this Task by using vanadium alloys of the composition 50 to 99.8 % Vanadium 0.1 "5% titanium 0.03" 0.4% oxygen 0 "30% niobium each 0" 20% chromium, Molybdenum per C '"10% aluminum, manganese, iron, cobalt, nickel, tantalum, tungsten "3% silicon each 0" 2% zirconium, hafnium, thorium, uranium each 0 "1% beryllium, Boron 0 "0.2% carbon 0" 0.2% nitrogen with the sum of the elements Carbon, nitrogen, oxygen 0.4% ur) the sum of the elements titanium, zirconium and hafnium does not exceed 5%, as, possibly provided with a plating, Material for the production of blades and similarly stressed components of Gas turbines, in particular helium turbines for nuclear reactors.

Derartige Vanadiumlegierungen besitzen eine nohe Zeitstandfestigkeit bei b50 o0 und fernerhin eine gute Duktilität.Such vanadium alloys have a low creep rupture strength at b50 o0 and furthermore a good ductility.

Des weiteren ist die geringe Dichte der erfindungsgemäßen zu verwendenden Vanadiumlegierungen von Vorteil.Furthermore, the low density is to be used according to the invention Vanadium alloys advantageous.

Zur Verwendung als Schaufelwerkstoff für mit sauerstofffreiem Helium betriebene Gasturbinen besonders geeignete Vanadiumlegierungen haben beispielsweise die Zusammensetzung: 2,5 bis 3 % Titan 0,8 " 1,2 ß Silizium 0,05 " 0,15 % Sauerstoff bis 0,03 bp Kohlenstoff 0,03 % Stickstoff Rest Vanadium Durch Zulegierer von Niob wird eine höhere Warmfestigkeit mit folgender Vanadiumlegierung erzielt: ~ 10 bis 20 CA Niob 2 " 2,5 % Titan 0,8 " 1,2 % Silizium 0,05 " 0,15 % Sauerstoff bis 0,03 % Kohlenstoff 0,03 % Stickstoff Rest Vanadium Wenn Bauteile aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen in Helium eingesetzt werden sollen,das mehr als etwa 1 Vol.-ppm der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff enthält (gegebenenfalls auch in Form von Verbindungen), so eignen sich hierfür zweckmäßigerweise die etwas weniger zunderanfälligen Legierungen, vor allem solche mit Chromzusätzen, beispielsweise bestehend aus 2,5 bis 3 % Titan 14 " 16 % Chrom 0,05 " 0,15 % Sauerstoff bis 0,03 % Stickstoff " 0,03 % Kohlenstoff Rest Vanadium.For use as a blade material for with oxygen-free helium operated gas turbines have particularly suitable vanadium alloys, for example The composition: 2.5 to 3% titanium 0.8 "1.2 ß silicon 0.05" 0.15% oxygen up to 0.03 bp carbon 0.03% nitrogen remainder vanadium by adding niobium a higher heat resistance is achieved with the following vanadium alloy: ~ 10 to 20 CA Niobium 2 "2.5% titanium 0.8" 1.2% silicon 0.05 "0.15% oxygen to 0.03 % Carbon 0.03% nitrogen remainder vanadium If components are made of the Vanadium alloys to be used in helium should be used, the more than about 1 ppm by volume of the elements carbon, nitrogen and oxygen (optionally also in the form of compounds) are expediently suitable for this purpose the alloys that are somewhat less susceptible to scale, especially those with chromium additives, for example consisting of 2.5 to 3% titanium 14 "16% chromium 0.05" 0.15% oxygen up to 0.03% nitrogen "0.03% carbon, remainder vanadium.

Ebenfalls relativ oxidationsbeständig, aber leichter kaltverformbar ist eine Vanadiumlegierung der Zusammensetzung 1,5 bis 2 6A Zirkonium, wobei das Zirkonium teilweise oder ganz durch Hafnium ersetzt werden kann B " 12 ,4 Chrom bis 0,05 : Sauerstoff 0,05 " 0,l ',o Kohlenstoff bis 0,05 ,o Stickstoff Rest Vanadium Ganz allgemein bringen die legierungselemente Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Niob, Molybdän, Tantal und Wolfram eine Steigerung der warmfestigkeit der Vanadiumlegierungen mit sich, erschweren aber auch deren Verformbarkeit durch Mischkristallhärtung. Silizium, Bor und Beryllium erhöhen in Vanadiumlegierungen die Festigkeit durch Ausscheidungshärtung. Die Legierungselemente Titan, Zirkonium, Hafnium, Thorium und Uran binden die versprödend wirkenden Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff und bewirken dadurch eine Verbesserung der Kaltverformbarkeit der Vanadiumlegierungen. Aluminium, Ohrom, Eisen und Nickel verbessern in Vanadiumlegierungen die Oxidationsbeständigkeit, verschlechtern aber die Verformbarkeit.Also relatively resistant to oxidation, but easier to cold deform is a vanadium alloy with the composition 1.5 to 2 6A zirconium, where the Zirconium can be partially or completely replaced by hafnium B "12, 4 chromium up to 0.05: oxygen 0.05 "0.1 ', o carbon up to 0.05, o nitrogen, remainder vanadium In general, the alloying elements chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, Niobium, molybdenum, tantalum and tungsten increase the heat resistance of the vanadium alloys with themselves, but also complicate their deformability by solid solution hardening. Silicon, boron and beryllium increase strength in vanadium alloys Precipitation hardening. The alloying elements titanium, zirconium, hafnium, thorium and uranium bind the embrittling elements carbon, nitrogen and oxygen and thereby bring about an improvement in the cold deformability of the vanadium alloys. Aluminum, ohrom, iron and nickel improve the oxidation resistance in vanadium alloys, but deteriorate the deformability.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Bauteile aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen auch mit einer geeigneten Plattierung als Korrosionsschutz versehen werden. Eine solche Plattierung und Korrosionsschutz auf dem erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoff aus Vanadiumlegierungen hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn es sich bei der Gasatmosphäre um nicht inerte htmosphären handelt, Mit einem derartigen Korrosionsschutz sind Schaufeln und ähnliche Bauteile auch für Turbinen mit anderen Treibmitteln bzw. Arbeitsgasen als Helium zu verwenden, wi-e Kohlendioxid, Heißdampf. Ein gewisser Nachteil der Vanadiumlegierungen ist in ihrer nicht in allen Fällen befriedigenden -Zunderbeständigkeit in heißen Gasen zu sehen, mit Ausnahme der Edelgase. Wird die Turbine nicht mit Edelgas betrieben oder ist das als Arbeitsgas oder Treibmittel verwendete Edelgas nicht rein genug, sieht die Erfindung daher eine Plattierung des erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoffs aus Vanadiumlegierungen mit einer dünnen Schicht aus einem zunderbeständigen Werkstoff vor. Der Werkstoff für den Korrosionsschutz bzw. für die Plattierung muß neben ausreichender Zunderbeständigkeit gute Kalt verformbarkeit Aufweisen, während die Dauerstandfestigkeit für die Auswahl dieses Plattierwerkstoffes keine ausschlaggebende wolle spielt. Die Auswahl des zunderbeständigen Werkstoffes richtet sich vielmehr vor allem nach dem hrbe-itsgas, d.h. nach der Korrosionsbeanspruchung.According to a further embodiment of the invention, the components from the vanadium alloys to be used according to the invention also with a suitable one Plating can be provided as corrosion protection. Such plating and anti-corrosion protection on the material made of vanadium alloys to be used according to the invention has been found Proven to be useful when the gas atmosphere is not inert acts, with such a corrosion protection are shovels and Similar components also for turbines with propellants or working gases other than Use helium, such as carbon dioxide, superheated steam. A certain disadvantage of the vanadium alloys is not in all cases satisfactory scale resistance in hot See gases, with the exception of the noble gases. If the turbine is not operated with noble gas or the noble gas used as working gas or propellant is not pure enough, the invention therefore provides a plating of the material to be used according to the invention made of vanadium alloys with a thin layer of a non-scaling material before. The material for the corrosion protection or for the plating must be sufficient Scaling resistance have good cold formability, while creep resistance for the selection of this cladding material does not play a decisive role. Rather, the selection of the non-scaling material depends primarily on it the operating gas, i.e. after exposure to corrosion.

Um bei evtl. Überhitzung ein Ablösen der Plattierschicht zu verhindern, muß diese eine gute metallische Bindung zum Grundwerkstoff aus Vanadiumlegierungen aufweisen. Diese Bindung ist jedoch-gefährdet, wenn zwischen Grund- und Plattierwerkstoff eine spröde Phase auftritt, die bei Verformung und Temperaturwechseln aufbricht. Außer durch Verunreinigung beim Plattiervorgang, die nur durch peinlichste Sauberkeit zu vermeiden sind, können solche spröden Schichten gebildet werden, wenn der Plattierwerkstoff mehr als 0,03 6% "freien" Stickstoff und Kohlenstoff enthält. Unter dem Begriff "frei" im Sinne der Erfindung ist dabei solcher Stickstoff und Kohlenstoff zu verstehen, der nicht an die Elemente Titan, Zirkonium, Ha-fnium, Thorium, Vanadium, Niob, Tantal oder Uran gebunden ist. Enthält also der Plattierwerkstoff zusammen mehr als 0,03 % Kohlenstoff und Stickstoff, so muß eines oder mehrere der genannten Elemente zulegiert werden, wobei die erforderliche Menge aus der Edelstahltechnologie einschlägig bekannt ist.In order to prevent the cladding layer from peeling off in the event of overheating, this must have a good metallic bond to the base material made of vanadium alloys exhibit. However, this bond is at risk if there is between the base material and the cladding material a brittle phase occurs, which breaks up with deformation and temperature changes. Except for contamination during the plating process, which can only be achieved through meticulous cleanliness are to be avoided, such brittle layers can be formed when the cladding material Contains more than 0.03 6% "free" nitrogen and carbon. Under the term "Free" in the context of the invention is to be understood as meaning nitrogen and carbon which does not adhere to the elements titanium, zirconium, hafnium, thorium, vanadium, niobium, tantalum or uranium is bound. So contains the cladding material together more than 0.03% carbon and nitrogen, one or more of the above must be used Elements are added, the required amount from the stainless steel technology is well known.

Als Platterwerkstoff sind je nach Treibmittel bzw.Depending on the propellant resp.

Arbeitsgas, wie sauerstoffhaltiges Helium, Heißdampf, Kohlendioxid, Edelstahllegierungen und Nickellegierungen geeignet. Für sauerstoffhaltiges Helium eignet sich zweckmäßig eine Plattierung aus nichtrostenden Stählen der Zusammensetzung: 13 bis 25 % Chrom 0 " 30 % Nickel 0 " 12 % Mangan 0 " 3 % Molybdän 0 " 5 % Aluminium 0 " 2 % Silizium 0 " 2 % Titan 0 " 2 % Zirkonium 0 " 2 % Vanadium 0 " 2 % Tantal-haltiges Niob 0 " 2 " Wolfram Rest Eisen, und wobei der Stahl nicht mehr als 0,03 % freien Kohlenstoff und Stickstoff enthält.Working gas, such as helium containing oxygen, superheated steam, carbon dioxide, Stainless steel alloys and nickel alloys are suitable. For helium containing oxygen A cladding made of stainless steels with the following composition is expediently suitable: 13 to 25% chromium 0 "30% nickel 0" 12% manganese 0 "3% molybdenum 0" 5% aluminum 0 "2% silicon 0" 2% titanium 0 "2% zirconium 0" 2% vanadium 0 "2% containing tantalum Niobium 0 "2" tungsten balance iron, and the steel being no more than 0.03% free Contains carbon and nitrogen.

Insbesondere eignen sich Stähle der Zusammensetzung: 17 bis 19 % Chrom 9 II 11 % Nickel 0 " 2 % Mangan 0 " 1,0 % Silizium weniger als 0,2 % Kohlenstoff und Stickstoff, sowie einem Titangehalt, der 5 mal so hoch wie der Kohlenstoff - und Stickstoffgehalt ist, Rest Eisen.Steels with the composition: 17 to 19% chromium are particularly suitable 9 II 11% nickel 0 "2% manganese 0" 1.0% silicon less than 0.2% carbon and nitrogen, as well as a titanium content that is 5 times that of carbon - and nitrogen content, the remainder being iron.

Dieser Titangehalt reicht aus, um den Kohlenstoff und den Stickstoff in die gebundene und unschädliche Form zu überführen. This titanium content is sufficient to remove the carbon and nitrogen to convert into the bound and harmless form.

Das Titan kann auch durch die doppelte Menge tantalhaltigen Niobe (ca. 5 o Ta) ersetzt werden. The titanium can also be obtained by double the amount of tantalum-containing niobe (approx. 5 o Ta) to be replaced.

Geeignete warmfestere Stähle haben die Zusammensetzung: 16,5 bis 18,5%Chrom 10,5 " 12,5%Nickel 0 " 2 %Mangan 2,0 " 2,5 % Molybdän 0 " 1,0 % Silicium weniger als 0,2 , Kohlenstoff und Stickstoff, sowie einem Niobgehalt, der 8 mal so hoch ist, wie der Gehalt an Kohlenstoff und Stickstoff, Rest Eisen.Suitable high-temperature steels have the following composition: 16.5 to 18.5% chromium 10.5 "12.5% nickel 0" 2% manganese 2.0 "2.5% molybdenum 0" 1.0% less silicon than 0.2, carbon and nitrogen, as well as a niobium content that is 8 times as high is, like the content of carbon and nitrogen, the remainder iron.

Dieser Niobgehalt reicht sus, um den Kohlenstoff und den Stickstoff in die gebundene und unscheidliche Form überzuführen. This niobium content is enough to add to the carbon and nitrogen to be converted into the bound and indiscriminate form.

In gleicher Weise ala Plattierwerkstoff eignen sich Nickel-und Kobaltlegierungen, bestehend aus 30 bis 90 % Nickel und/oder Kobalt 1 " 25 % Chrom 0 " 20 % Molybdän 0 " 40 % Eisen 0 " 1 % Vanadium 0 " 1 <7 tantalhaltiges Niob 0 " 2 % Wolfram 0 " 3 % Aluminium 0 " 3 % Titan und wobei die Legierung nicht mehr als 0,03 % "freien" Kohlenstoff und Stickstoff enthcilt.In the same way as a plating material, nickel and cobalt alloys are suitable, consisting of 30 to 90% nickel and / or cobalt 1 "25% chromium 0" 20% molybdenum 0 "40% iron 0" 1% vanadium 0 "1 <7 tantalum-containing niobium 0" 2% tungsten 0 "3% aluminum 0" 3% titanium and wherein the alloy is no longer contains as 0.03% "free" carbon and nitrogen.

wenn Kohlendioxid als Arbeitsgas bzw. Treibmittel für Gasturbinen vorgesehen ist, die aus Bauteilen des erfindungsgemaß zu verwendenden Werkstoffes aus Vanadiumlegierungen bestehen, werden zweckmäßig als Plattierwerkstoff nichtrost ende Stähle eingesetzt. Die Zusammensetzung dieser Stähle liegt dabei im Bereich der Zusammensetzung der Stähle, die auch als Plattierwerkstoff in Frage kommen, wenn sauerstofihaltiges Helium das Treibmittel ist. Insbesondere sind es Stähle, deren Chrom- und Nickelgehalt an der oberen Grenze des Legierungsbereiches liegt. Ein vorteilhafter Plattierwerkstoff bei Verwendung von Kohlendioxid als Treibmittel ist daher ein Stahl der Zusammensetzung 23 bis 25 <% Chrom 19 " 21 % Nickel 0 " 2 " Mangan 1,0 " 1,5 tsió Silicium weniger als 0,20 % Kohlenstoff und Stickstoff einem Niob- oder Zirkoniumgehalt, der 8 mal so hoch wie der Kohlenstoffgehalt ist, Rest Eisen.when carbon dioxide is used as a working gas or propellant for gas turbines is provided which consists of components of the material to be used according to the invention consist of vanadium alloys, are expediently stainless as a cladding material end steels used. The composition of these steels is in the range the composition of the steels that can also be used as cladding material, when oxygenated helium is the propellant. In particular it is steels, whose chromium and nickel content is at the upper limit of the alloy range. An advantageous cladding material when using carbon dioxide as a blowing agent is therefore a steel with the composition 23 to 25 <% chromium 19 "21% nickel 0 "2" manganese 1.0 "1.5 tsió silicon less than 0.20% carbon and nitrogen a niobium or zirconium content that is 8 times higher than the carbon content, Remainder iron.

Der Niob- oder Zirconiumgehalt reicht aus, um den Kohlenstoff und Stickstoff in die gebundene und unschädliche Form überzuführen, sodaß der Stahl nicht mehr als 0,03 70T "freien" Kohlenstoff und Stickstoff enthält. The niobium or zirconium content is sufficient to absorb the carbon and To convert nitrogen into the bound and harmless form, so that the steel Contains no more than 0.03 70T "free" carbon and nitrogen.

Eine gute Beständigkeit in Kohlendioxid gewährleisten auch Plattierungen aus Nickellegierungen auf den erfindungsgemaß zu verwendenden Bauteilen aus Vanadiumlegierungen.Plating also ensures good resistance to carbon dioxide made of nickel alloys on the components made of vanadium alloys to be used according to the invention.

Derartige Nickellegierungen (Nickel-Knetlegierungen) haben die Zusammensetzung 30 bis 90 % Nickel und/oder Kobalt 1 " 25 % Chrom 0 " 20 % Molybdän 0 " 40 % ,; Lisen 0 " 1 % Vanadium 0 " 1 % tantalhaltiges Niob (ca. 5 % Ta) 0 " 2 % Wolfram 0 " 3 % Aluminium 0 " 3 % Titan und wobei ctie Legierung nicht mehr als 0,03 % "freien" Kohlenstoff und Stickstoff enthält.Such nickel alloys (wrought nickel alloys) have the composition 30 to 90% nickel and / or cobalt 1 "25% chromium 0" 20% molybdenum 0 "40%,; Lisen 0 "1% vanadium 0" 1% tantalum-containing niobium (approx. 5% Ta) 0 "2% tungsten 0 "3% aluminum 0" 3% titanium and where ctie alloy does not exceed 0.03% "free" Contains carbon and nitrogen.

Die Nickellegierungen (Nickel-Knetlegierungen) lassen sich aber auch dann mit Vorteil als Plattierwerkstoff für die erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen einsetzen, wenn als Treibmittel für die Turbinen Heißdampf vorliegt. Eine zweckmäßige Plattierung besteht beispielsweise aus einer Nickellegierung der Zusammensetzung 21 bis 23 % Chrom 1 " 3 % Eisen 8 " 10 % Molybdän 3 " 4 % tantalhaltiges Niob (ca. 5 % 0 " weniger als 0,05 % Kohlenstoff 0 " weniger als 0,05 % Stickstoff Rest Nickel.The nickel alloys (wrought nickel alloys) can also be used then with advantage as a plating material for the vanadium alloys to be used according to the invention use if there is superheated steam as the propellant for the turbines. A functional one Plating consists of, for example, a nickel alloy composition 21 to 23% chromium 1 "3% iron 8" 10% molybdenum 3 "4% tantalum-containing niobium (approx. 5% 0 "less than 0.05% carbon 0" less than 0.05% nitrogen, balance nickel.

Der Niobgehalt reicht aus, um den Kohlenstoff und Stickstoff in die gebundene und unschädliche Form überzuführen. The niobium content is sufficient to keep the carbon and nitrogen in the transferred bound and harmless form.

Während Plattierungen aus diesen Nickellegierungen auf Turbinenschaufeln aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen in Heißdampf allen Anforderungen an Festigkeit und Zunderbeständigkeit genügen, können bei geringeren Ansprüchen an Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit auch nichtrostende Stahle der Zusammensetzung verwendet werden: bis 25 % Chrom O " 30 % Nickel u " 12 % Mangan O 5 S 6,3 Molybdän 0 " 5 % Aluminium o " 2 k Silicium o " 2 % Titan o " 2 ,J Zirconium 0 " 2 % Vanadium 0 " 2 % tantalhaltiges Niob (ca. 5 % Ta) 0 " 2 % Wolfram Rest Eisen, und wobei der Stahl nicht er als 0,03 % "freien" Kohlenstoff und Stickstoff enthält.While plating from these nickel alloys on Turbine blades from the vanadium alloys to be used according to the invention in superheated steam meet all requirements suffice in terms of strength and scaling resistance, can with lower demands in terms of corrosion resistance and heat resistance, also stainless steels of the composition the following are used: up to 25% chromium O "30% nickel u" 12% manganese O 5 S 6.3 molybdenum 0 "5% aluminum o" 2k silicon o "2% titanium o" 2, J zirconium 0 "2% vanadium 0 "2% tantalum-containing niobium (approx. 5% Ta) 0" 2% tungsten, remainder iron, and the Steel does not contain as 0.03% "free" carbon and nitrogen.

Ein für die Plattierung von in Heiß dampf betriebenen Turbinenschaufeln aus Vanadiumlegierungen zweckmäßiger Stahl hat die Zusammensetzung 30 bis 35 % Nickel 19 " 23 % Chrom 0,15 " 0,60 % Aluminium 0 " 1,5 % Mangan 0 " 1,0 c,4 Silicium O bis weniger als 0,2 % Kohlenstoff und Stickstoff ein Gehalt an Titan, der 5 mal so hoch ist, wie der Gehalt an Kohlenstoff und Stickstoff, Rest Eisen.One for the cladding of turbine blades operated in hot steam From vanadium alloys suitable steel has the composition 30 to 35% nickel 19 "23% chromium 0.15" 0.60% aluminum 0 "1.5% manganese 0" 1.0 c, 4 silicon O to less than 0.2% carbon and nitrogen a content of titanium that is 5 times is as high as the content of carbon and nitrogen, the remainder being iron.

Der Titangehalt reicht aus, um den Kohlenstoff und Stickstoff in die gebundene und unschädliche Form überzuführen, so daß der Stahl nicht mehr als 0,03 % "freien" Kohlenstoff und Stickstoff enthält. The titanium content is sufficient to keep the carbon and nitrogen in convert the bound and harmless form, so that the steel is no more than Contains 0.03% "free" carbon and nitrogen.

Die Herstellung von Bauteilen wie Turbinenschaufeln aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen, erfolgt nach an sich bekannten Methoden. Je nach dem, ob man unplattierte oder plattierte lilormteile herstellen will, geht man etwas unterschiedlich vor. Zur Herstellung von umplattierten Formt eilen geht man zweckmäßigerweise von strang-gepresstem oder auf andere Weise verformtem Vormaterial aus Vanadiumlegierungen eines geeigneten Querschnitts aus. An sich ist auch gegossenes Material geeignet, jedoch ist dieses relativ spröde, während stranggepresste Vanadiumlegierungen teilweise mehr als 90 ß kaltverformt werden können, ohne eine Zwischenglühung vornehmen zu müssen. Die anzuwendende Verformungsmethode richtet sich nach dem Ausmaß der Formänderung. Bei geringen Formände- -rungen wird kaltgepresst oder gewalzt und bei Bedarf anschließend materialabtragend bearbeitet. Weicht die Form des Fertigteils stark von der des Vormaterials ab, so muß wegen der hohen Umformkräfte warm geschmiedet werden, d.h. im allgemeinen oberhalb von 800 bis 1000°C. Da jedoch die meisten Vanadiumlegierungen wegen ihrer Reaktionsfähigkeit oberhalb von 600°C nicht mit Luft in Berührung kommen dürfen, muß in einem Oxidationsschutzmantel gearbeitet werden. Als Oxidationsschutz eignen sich dünnwandige Behälter, z.B. aus-unlegiertem oder nichtrostendem Stahl, die evakuiert und luftdicht versehweißt werden. Der Schutzmantel kann nach dem Schmieden in verdünnten Säuren abgelöst werden, die Vanadium nur wenig angreifen. Der dabei auftretende Wasserstoff diffundiert teilweise in die Vanadiumlegierung. Um eine Versprödung zu vermeiden, wird der Wasserstoff durch eine Ho-chvakuumglühung des Vormaterials der Vanadiumlegierung oberhalb 6000C wieder entfernt. Bringt man zwischen Oxidationsschutzmantel und Vanadiumlegierung ein Trennmittel ein, das ein Verschweißen der beiden Werkstoffe -verhindert, z.B. Berylliumoxidpulver, so kann der Mantel anschließend auch leicht mechanisch entfernt werden. Die untere Grenze für die Schmiedetemperatur wird durch den Wunsch nach möglichst geringen Umformicräften bestirnmt, während die maximale Temperatur sich nach der Forderung zu richten hat, daß im thermodynamischen System Oxidationsschutzmantel-Vanadium legierung keine schmelzflüssige Phase auftreten darf.The production of components such as turbine blades from the inventive Vanadium alloys to be used are carried out according to methods known per se. Ever depending on whether you want to produce unplated or plated lilorm parts something different. For the production of clad molded parts goes it is expedient to use extruded or otherwise deformed primary material from vanadium alloys of suitable cross-section. In itself it is also cast Material suitable, however, this is relatively brittle, while extruded vanadium alloys in some cases more than 90 ß can be cold-worked without intermediate annealing to have to. The deformation method to be used depends on the extent of the Shape change. In the case of minor changes in shape, cold-pressed or rolled and if necessary then machined to remove material. Deviates from the shape of the finished part strongly depends on that of the raw material, so it has to be hot forged because of the high forming forces i.e. generally above 800 to 1000 ° C. However, as most vanadium alloys do not come into contact with air above 600 ° C because of their reactivity must work in an anti-oxidation jacket. As protection against oxidation thin-walled containers, e.g. made of unalloyed or stainless steel, are suitable, which are evacuated and sealed airtight. The protective sheath can be used after forging can be replaced in dilute acids, which attack the vanadium only slightly. The one with it Occurring hydrogen partially diffuses into the vanadium alloy. To a To avoid embrittlement, the hydrogen is heated by high vacuum annealing Primary material of the vanadium alloy above 6000C is removed again. If you bring between Oxidation protection jacket and vanadium alloy a separating agent that allows welding of the two materials, e.g. beryllium oxide powder, the jacket can then also slightly mechanically removed. The lower one The limit for the forging temperature is set by the desire for the lowest possible Forming forces determined, while the maximum temperature depends on the requirement has to judge that in the thermodynamic system anti-oxidation coating-vanadium alloy no molten phase may occur.

Zur Herstellung von plattierten Formt eilen aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen wird die an sich bekannte Verarbeitungstechnik der gemeinsamen Warmverformung der beiden Werkstoffpartner angewendet. Es wird eine Warmverformung um mindestens 30 , vorzugsweise um über 50 ; vorgenommen. Da-bei kann man prinzipiell zwei verschiedene Fertigungsweisen vornehmen, nämlich man kann von unplattiertem Vormaterial aus Vanadiumlegierung ausgehen und Plattiervorgang und Formgebungsprozeß in einem Schritt zusammenfassen, oder man kann plattiertes Vormaterial aus Vanadiumlegierung in den Formgebungsprozeß einbringen. Das plattierte Vormaterial läßt sich durch bekannte Verfahren wie Verbundstrangpressen, herstellen.For the production of plated molded parts from the invention Vanadium alloys to be used will be the processing technique known per se the joint hot deformation of the two material partners. It will be a Hot deformation by at least 30, preferably by more than 50; performed. Included you can in principle make two different manufacturing methods, namely you can start from unclad starting material made of vanadium alloy and plating process and molding process can be combined in one step, or one can clad Introduce the vanadium alloy raw material into the shaping process. That plated Starting material can be produced by known processes such as composite extrusion.

Halbzeug als auch Formteile aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen können auch auf pulvermetallurgischem Wege direkt hergestellt werden. Die pulvermetallurgisch erzeugten Legierungen haben - je nach Korngröße des Pulvers - den Vorzug eines feineren Korns und bieten auch wirtschaftliche Vorteile. Zur Herstellung kann man prinzipiell dabei so vorgehen, daß die zu verwendende Legierung auf an sich bekannte Weise im Vakuum erschmolzen und nach den üblichen Verfahren pulverisiert wird. Dabei ist es jedoch schwierig, eine unzulässig Verunreinigung der Pulver, insbesondere durch die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff zu vermeiden. Deshalb ist es im allgemeinen günstiger, von Pulvern der Legierungspartner auszugehen. Beispielsweise wird eine Legierung mit 2 -Titan, i44 - 16 % Niob, 0,05 - 0,25 % Sauerstoff, o - 0,05 % Kohlenstoff und 0 - 0,u5 % Stickstoff, ftest Vanadium pulvermetallurgisch hergestellt, indem man 2,5 ¼ Titanpulver 15 ¼ Niobpulver 82,5 % Vanadiumpulver in an sich bekannter Weise mischt, preßt und sintert. Die Reinheit der handelsüblichen Metallpulver ist dabei so zu wählen, daß die angegebenen Gehalte an Kohlenstoff, tickstoff und Sauerstoff in der Legierung eingehalten werden.Semi-finished products as well as molded parts from those to be used according to the invention Vanadium alloys can also be produced directly using powder metallurgy will. The alloys produced by powder metallurgy have - depending on the grain size of powder - the advantage of a finer grain and also offer economic advantages. For production, one can in principle proceed in such a way that the alloy to be used melted in a known manner in a vacuum and according to the usual procedures is pulverized. However, it is difficult to detect an unacceptable contamination the powder, especially through the elements carbon, nitrogen and oxygen to avoid. It is therefore generally cheaper to use powders as the alloying partner to go out. For example, an alloy with 2 -titanium, i44 - 16% niobium, 0.05 - 0.25% Oxygen, o - 0.05% carbon and 0 - 0, u5% nitrogen, ftest vanadium powder metallurgy prepared by adding 2.5 ¼ titanium powder 15 ¼ niobium powder 82.5% vanadium powder in mixes, presses and sinters in a manner known per se. The purity of the commercial Metal powder is to be selected so that the specified contents of carbon, nitrogen and oxygen in the alloy are complied with.

In manchen Pällen kann es auch zweckmäßig sein, die Legierungselemente ganz oder teilweise in Form eines Vorlegierungspulvers zuzugeben. Beispielsweise kann eine Legierung mit 1,8 bis 2,2 % Titan, 0,8 bis 1,2 % Silicium, je 0 bis 0,05 % Kohlenstoff und Stickstoff, 0,05 bis 0,15 ,o Sauerstoff hergestellt werden aus 95,8 % Vanadiumpulver mit den geforderten Gehalten an Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff 2,2 % eines Pulvers aus 90 % Titan und 10 % Silicium 2,0 ¼ eines Pulvers aus 60 % Vanadium und- 40 ¼ Silicium Die Legierungen aus 90 % Ti und 10 % Si sowie 60 % 7 und 40 % Si können im Lichtbogen unter Vakuum oder Edelgas erschmolzen werden und lassen sich leicht pulverisieren.In some balls it can also be useful to add the alloying elements to be added in whole or in part in the form of a master alloy powder. For example an alloy with 1.8 to 2.2% titanium, 0.8 to 1.2% silicon, each 0 to 0.05 % Carbon and nitrogen, 0.05 to 0.15, o are made from oxygen 95.8% vanadium powder with the required levels of carbon, nitrogen and Oxygen 2.2% of a powder composed of 90% titanium and 10% silicon 2.0 ¼ of a powder from 60% vanadium and 40 ¼ silicon The alloys from 90% Ti and 10% Si as well 60% 7 and 40% Si can be melted in an electric arc under vacuum or noble gas and can be easily pulverized.

Zwar tritt dabei eine merkliche Verunreinigung ein, die jedoch angesichts der geringen Menge der eingesetzten Pulver für die Gesamtlegierung nur ein untergeordnete Rolle spielt. A noticeable contamination occurs, but in the face of it the small amount of powder used for the overall alloy is only a subordinate one Role play.

In ähnlicher Weise können auch die erfindungsgemäß vorgesehenen Legierungselemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Bor, Beryllium als Vorlegierungen eingesetzt werden. The alloying elements provided according to the invention can also be used in a similar manner Carbon, nitrogen, oxygen, boron, beryllium are used as master alloys will.

Erfindungsgemäß werden die Vanadiumlegierungen als Werkstoff zur insbesonderen Herstellung von Turbinenschaufeln in Helium-gekühlten Kernreaktoren verwendet. Die durch Fliehkraft erzeugte Zugbeanspruchung wird bei den Bauteilen durch die hochwarmfesten Vanadiumlegierungen voll aufgenommen.According to the invention, the vanadium alloys are used as a material for in particular Manufacture of turbine blades used in helium-cooled nuclear reactors. the The tensile stress generated by centrifugal force is reduced in the components by the highly heat-resistant Vanadium alloys fully incorporated.

Bei Verwendung von plattiertem Schaufelwerkstoff aus Vanadiumlegierungen wird über die hohe Warmfestigkeit der Vanadiumlegierungen hinaus ein wirkungsvoller Korrosionsschutz derartiger hochbeanspruchter Bauteile auch gegenüber nicht inerten Treibmitteln bzw. -rbeitsgasen, erzielt. Die erforderliche Maßhaltigkeit der J3'auteile kann in an sich bekannter Weise kalt oder warm durch Schmieden, Walzen, Strangpressen, gegebenenfalls auch durch nachträgliches Fräsen, Drehen, Bohren, Räumen oder Schleifen, erzeugt werden, da der Werkstoff aus einer gut verformbaren und bearbeitbaren Vanadiumlegierung besteht.When using clad vanadium alloy blades becomes more effective in addition to the high heat resistance of the vanadium alloys Corrosion protection of such highly stressed components also against non-inert ones Propellants or working gases achieved. The required dimensional accuracy of the J3 'components can be cold or warm in a known manner by forging, rolling, extrusion, possibly also by subsequent milling, turning, drilling, broaching or grinding, can be generated because the material is made of an easily deformable and machinable vanadium alloy consists.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Vanadiumlegierungen weisen Vorteile auf. Sie besitzen hohe Zeitstandfestigkeitswerte bei hohen hrbeitsgast emperaturen zwischen 700 una 850°C. Sie besitzen ferner ein relativ geringes spezifisches Gewicht im vergleich zu typischen und bisher für Schau-elwerkstoffe üblichen Legierungen. Auf dem erfindungsgemäßen Schaufelwerkstoff können ferner Plattierungen mit hoher Haftfestigkeit für Zwecke eines verbesserten Worrosionsschutzes aufgebracht werden. SchlieBlich besitzen Werkstücke aus Vanadiumlegierungen eine gute Umformbarkeit durch alle spanabhebenden und spanlosen Bearbeitungsverfahren.The vanadium alloys to be used according to the invention have advantages on. They have high creep strength values at high working gas temperatures between 700 and 850 ° C. They also have a relatively low specific weight in comparison to typical alloys that have hitherto been used for blade materials. On the blade material according to the invention, claddings with high Adhesion can be applied for the purpose of improved protection against corrosion. Finally, workpieces made from vanadium alloys have good formability through all cutting and non-cutting machining processes.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele, die in Form von Tabellen gekleidet sind, näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples, which are presented in the form are dressed by tables, explained in more detail.

Die Vanadiumlegierungen wurden alle im Lichtbogen erschmolzen, und zwar entweder unter Reinstargon als ca. 100 g schwere Stäbe oder im Vakuum als 2 - 5 kg schwere Rundbolzen. Die Weiterverformung der Stäbe erfolgte durch Rundhämmern bei ca. 6000C, wobei Verformungsgrade von 50 - 90 % erreicht urden. Die Rundbolzen wurden in Eisen eingemantelt und bei 1000 - 130000 im Verhältnis 6 : 1 bis 15 : 1 stranggepreßt und die erhaltenen Stangen bei Bedarf kalt rundgehämmert. Vor den Untersuchungen wurden alle Proben 1 h bei 98000 vakuumgeglüht.The vanadium alloys were all arc melted, and either under pure stargone as a weight of approx. 100 g Bars or in a vacuum as round bolts weighing 2 - 5 kg. The rods were further deformed by hammering at approx. 6000C, whereby degrees of deformation of 50 - 90% are achieved. The round bolts were encased in iron and at 1000 - 130,000 in the ratio 6: 1 to 15: 1 extruded and the rods obtained, if necessary, cold-hammered. Before the tests, all samples were vacuum annealed at 98,000 for 1 hour.

Die Zeitstanduntersuchungen erfolgten bei einem Druck von 10-5 Torr in Gegenwart von Titanschwamm als Gettermaterial.The creep tests were carried out at a pressure of 10-5 Torr in the presence of titanium sponge as getter material.

Die Proben zeigten durcweg gute Duktilität im Zeitstandversuch. So lag die Bruchdehnung meist über 50% und erreichte bei mehreren Legierungen nahezu 200 ;;.The samples showed consistently good ductility in the creep test. So the elongation at break was mostly over 50% and almost reached with several alloys 200 ;;.

Tabelle I Vergleich der Dichte von Vanadiumlegierungen des erfindungsgemäßen Bereiches mit herkömmlichen Legi rungen für SchauSelwerkstoffe Dichte (g/cm³ Vanadiumlegierung mit 5 J Titan 5.80 und 1,5% Silizium Vanadiumlegierung mit 6,16 3% Titan und 15% Chrom Nickellegierung mit 20% Chrom, 10% Molybdän, 4% Niob 8.59 ("Inconel 625") Kobaltlegierung mit 20% Chrom, 10% Nickel, 15% Wolfram, 9.01 2% Titan, 2% Eison, ("Jetalloy") Die Vanadiumlegierungen hatten Gehalte an Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff von je 600 ppm.Table I Comparison of the density of vanadium alloys in the range according to the invention with conventional alloys for rocking materials Density (g / cm³ Vanadium alloy with 5 J titanium 5.80 and 1.5% silicon Vanadium alloy with 6.16 3% titanium and 15% chromium Nickel alloy with 20% chromium, 10% molybdenum, 4% niobium 8.59 ("Inconel 625") Cobalt alloy with 20% chromium, 10% nickel, 15% tungsten, 9.01 2% titanium, 2% iceon, ("Jetalloy") The vanadium alloys had contents of carbon, nitrogen and oxygen of 600 ppm each.

Tabelle II Zeitstandfestigkeit von Vanadiumlegierungen bei 650°C Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) Standzeit Vanadium + 2% Titan Vanadium + 2% Titan (h) + 15% Niob 100 50 67 1000 40 52 10000 36 40 Prüftemperatur: 65000 Sauerstoffgehalt: 600 - 800 ppm Kohlenstoffgehalt: 400 - 600 " Stickstoffgehalt: 300 - 500 " Tabelle III Steigerung der Zeitstandfestigkeit von Vanadiumlegierungen durch Zulegieren von Silicium. 2 Standzeit Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) (h) 800°C Prüftemperatur 850°C Prüftemperatur 3% Ti 3% Ti 3% Ti 3% Ti 15% Nb 15% Nb 15% Nb 15% Nb 1% Si 1% Si Rest Vana- Rest Rest Rest dium Vanadium , Vanadium Vanadium 1000 15 18 8 10,5 10000 7 11 3,5 6 Sauerstoffgehalt: 600 - 800 ppm Stickstoffgehalt: 300 - 500 " Kohlenstoffgehalt: 400 - 600 " Tabelle IV Erhöhung der Zeitstandfestigkeit von Silicium-haltigen Vanadiumlegierungen durch Erhöhung des Sauerstoffgehaltes. Standzeit Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) (h) der Legierung VTi3 Nb15 Si1 800°C Prüftemperatur 850°C Prüftemperatur mit ca. mit ca. mit t ca. mit ca. 800 ppm O2 2200 ppm O2 800 ppm O2 2200 ppm O2 1000 18 26 10,5 16 10000 , 11 17 6 10,5 Stickstoffgehalt: 300 - 500 ppm Kohlenstoffgehalt: 400 - 600 EI Tabelle V Erhöhung der Zeitstandfestigkeit von Vanadiumlegierungen in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) der Legierung VTi1 bei 850°C und 100 Stunden Prüfzeit Sauerstoffgehalt 100 ppm 300 ppm 500 ppm 700 ppm 7 8,5 10 12 Stickstoffgehalt: ca.- 200 ppm Kohlenstoffgehalt: ca. 300 " Tabelle VI Zeitstndfestigkeit von Vanadiumlegierungen in Abhängigkeit von der Temperatur bei 10000 h Prüfzeit Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) der Legierung VTi3 Nb15 Sil bei 10000 h Prüfzeit 00°C 750°C 800 °C 850 °C 32 20 11 6 Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) der Legierung VTi3Cr15 bei 10000 h Prüfzeit 550°C 600°C 650°C 700°C 750°C 62 52 41 29 18 Bei beiden Legierungen betrug der Sauerstoffgehalt: 600 - 800 ppm Stickstoffgehalt: 300 - 500 " Kohlenstoffgehalt: 400 - 600 " Tabelle VII Vergleich der Zeitstandfestigkeit einer Vanadiumlegierung des erfindungsgemäßen Bereiches mit einer herkömmlichen Nickellegierung und Stahl. Standzeit Zeitstandfestigkeit (kp/mm²) (h) Prüftmperatur 650°C Vanadium- Nickel- Stahl legierung legierung "INCOLOY 800" "IN 102" 100 51 51 22 1000 49 39 16 10000 41 27 11 Zusammensetzung der Vanadiumlegierung: 3% Titan 15% Chrom Rest Vanadium mit 600 - 800 ppm Sauerstoff 300 - 500 ppm Stickstoff 400 - 600 ppm Kohlenstoff Zusammensetzung der Nickellegierung "IN 102", die für Turbinenschaufeln empfohlen wird. Dichte 8,57 g/cm³.Table II Creep rupture strength of vanadium alloys at 650 ° C Creep strength (kp / mm²) Tool life vanadium + 2% titanium vanadium + 2% titanium (h) + 15% niobium 100 50 67 1000 40 52 10000 36 40 Test temperature: 65,000 Oxygen content: 600-800 ppm Carbon content: 400-600 "Nitrogen content: 300-500" Table III Increasing the creep rupture strength of vanadium alloys by adding silicon. 2 Service life creep strength (kp / mm²) (h) 800 ° C test temperature 850 ° C test temperature 3% Ti 3% Ti 3% Ti 3% Ti 15% Nb 15% Nb 15% Nb 15% Nb 1% Si 1% Si Remainder Vana- remainder remainder remainder dium vanadium, vanadium vanadium 1000 15 18 8 10.5 10,000 7 11 3.5 6 Oxygen content: 600-800 ppm Nitrogen content: 300-500 "Carbon content: 400-600" Table IV Increasing the creep rupture strength of silicon-containing vanadium alloys by increasing the oxygen content. Service life creep strength (kp / mm²) (h) the alloy VTi3 Nb15 Si1 800 ° C test temperature 850 ° C test temperature with approx. with approx. with t approx. with approx. 800 ppm O2 2200 ppm O2 800 ppm O2 2200 ppm O2 1000 18 26 10.5 16 10,000, 11 17 6 10.5 Nitrogen content: 300 - 500 ppm Carbon content: 400 - 600 EI Table V Increase in the creep strength of vanadium alloys as a function of the oxygen content Creep strength (kp / mm²) of the alloy VTi1 at 850 ° C and 100 hours test time Oxygen content 100 ppm 300 ppm 500 ppm 700 ppm 7 8.5 10 12 Nitrogen content: approx. 200 ppm Carbon content: approx. 300 "Table VI Long-term strength of vanadium alloys as a function of the temperature with a test time of 10,000 h Creep strength (kp / mm²) of the alloy VTi3 Nb15 Sil at 10,000 h test time 00 ° C 750 ° C 800 ° C 850 ° C 32 20 11 6 Creep strength (kp / mm²) of the alloy VTi3Cr15 at 10,000 h test time 550 ° C 600 ° C 650 ° C 700 ° C 750 ° C 62 52 41 29 18 The oxygen content of both alloys was: 600-800 ppm Nitrogen content: 300-500 "Carbon content: 400-600" Table VII Comparison of the creep rupture strength of a vanadium alloy of the range according to the invention with a conventional nickel alloy and steel. Service life creep strength (kp / mm²) (h) Test temperature 650 ° C Vanadium-nickel steel alloy alloy "INCOLOY 800" "IN 102" 100 51 51 22 1000 49 39 16 10000 41 27 11 Composition of the vanadium alloy: 3% titanium 15% chromium remainder vanadium with 600 - 800 ppm oxygen 300 - 500 ppm nitrogen 400 - 600 ppm carbon Composition of the nickel alloy "IN 102", which is recommended for turbine blades. Density 8.57 g / cm³.

16% Chrom 3 '; Niob (tantalhaltig) 3% Molybdän 3% Wolfram 7% Eisen 0,5 5 % Aluminium 0,5% Titan 0,005% Bor 0,05 7a Zirconium 0,02% Magnesium Rest Nickel Zusammensetzung der Stahllegierung "INCOLOY 800" Dichte 8,02 g/cm³ 32% Nickel 21% Chrom 0,4% Aluminium 0,4% Titan Rest Eisen Der Tabelle ist zu entnehmen, daß die Vanadiumlegierungen vor ellem bei langen Beanspruchungszeiten erheblich höhere Belastungen entragen. 16% chromium 3 '; Niobium (containing tantalum) 3% molybdenum 3% tungsten 7% iron 0.5 5% aluminum 0.5% titanium 0.005% boron 0.05 7a zirconium 0.02% magnesium balance nickel composition the steel alloy "INCOLOY 800" density 8.02 g / cm³ 32% nickel 21% chromium 0.4% aluminum 0.4% titanium, remainder iron The table shows that the vanadium alloys above ellem, significantly higher loads arise during long periods of use.

PatentansprücheClaims

Claims

CLAIMS 1) Use of vanadium alloys of composition 50 to 99.8% vanadium 0.1 "5% titanium 0.03" 0.4% oxygen 0 "30% niobium each 0" 20% chromium, molybdenum each 0 "10% aluminum, manganese, iron, cobalt, nickel, tantalum, Tungsten 0 "3% silicon each 0" 2% zirconium, hafnium, thornium, uranium each 0 "1% beryllium, Boron 0 "0.2% carbon 0" 0.2% nitrogen with the sum of the elements Carbon, nitrogen and oxygen 0.4% and the sum of the elements titanium, zirconium and hafnium does not exceed 5% than, optionally provided with a plating Materials for the manufacture of blades and similarly stressed components of Gas turbines, in particular helium turbines for gas-cooled nuclear reactors.

2) Use of vanadium alloys of the composition according to claim 1 with 2.5 to 3% titanium 0.8 "1.2% silicon 0.05" 0.15% oxygen to 0.03% carbon up to 0.03% nitrogen, remainder vanadium for the purpose specified in claim 1.

3) Use of vanadium alloys of the composition according to claim 1 with 10 to 20% Job 2 "2.5% titanium 0.8" 1.2% silicon 0.05 " 0.15% oxygen to 0.03% carbon to 0.03% nitrogen, remainder vanadium for the Purpose specified in claim 1.

4) Use of vanadium alloys of the composition according to claim 1 with 2.5 to 3% titanium 14 "16% chromium 0.05" 0.15% oxygen to 0.03, carbon up to 0.0-3% nitrogen, remainder vanadium for the purpose stated in claim 1.

5) Use of vanadium alloys of the composition according to claim 1 with 1.5 to 2% zirconium and / or hafnium 8 "12% chromium 0.05" 0.1% carbon up to 0.05 ¼ oxygen to 0.05 ¼ nitrogen remainder vanadium for the one in claim 1 mentioned purpose.

6) Use of vanadium alloys of the composition according to a or several claims 1 to 5 as a clad material with a cladding for the purpose claimed in claim 1, wherein the cladding is made of stainless steels or nickel alloys.

7) Use of clad material according to one or more of the Claims 1 to 6, characterized in that the plating made of stainless steel or Nickel alloy contains no more than 0.03% "free" carbon and nitrogen.

8) Use of clad material according to one or more of the Claims 1 to 7, characterized by a stainless steel plating of the composition 13 to 25% chromium 0 "30% nickel 0" 12% manganese 0 "5% aluminum 0" 3% molybdenum each 0 "2v% silicon, titanium, zirconium, vanadium, niobium (containing tantalum), remainder tungsten Iron, the steel containing no more than 0.03% "free" carbon and nitrogen.

9) Use of clad material according to one or more of the Claims 1 to 7, characterized by a nickel alloy plating of the Composition 30 to 90% nickel 1 "25% chromium 0" 20% molybdenum 0 "40% iron each 0 "1% vanadium, niobium (containing tantalum) 0" 2% tungsten each 0 "3% aluminum, titanium and the alloy containing no more than 0.03% "free" carbon and nitrogen.