DE2019500A1 - Waermebestaendige Eisen-Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung - Google Patents
Waermebestaendige Eisen-Nickel-Chrom-Kobalt-LegierungInfo
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Description
45-1021 8 MUnchen 2, Rosental 7, 2.
T«i.-Adr. tolnpit München
Telefon (0111)141119
22. April 1970
Lw/XIII/C.
ISUZU MOTORS LIMITED, Tokyo / Japan Wärmebeständige Eisen-Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung
Die Erfindung betrifft eine Eisen-Nickel-Chrom-Legierung ;
die erfindungsgemäße Legierung zeichnet sich durch eine gute Wärmebeständigkeit und sehr gute thermische Dauerfestigkeit und Korro
sionsbeständigkeit bei hoher Temperatur aus. .
Wenn man beispielsweise einen Dieselmotor längere Zeit ununterbrochen laufen läßt, so bilden sich in den Maschinenteilen
ziemlich hohe Temperaturen und außerdem ist die Vorverbrennungskammer des Motors mit Verbrennungsgas gefüllt, welches Schwefel in
großen Mengen enthält.
In den meisten Fällen besteht die Vorverbrennungskammer
von Dieselmotoren aus einer Eisen-Nickel-Chromlegierung, wie 28 Cr-IONi, 14Cr-14Ni-2W und 18Cr-8Ni.
Da diese Legierungen keine gute thermische Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur aufwiesen,traten
- 2 009885/U15
Brüche in der Legierung auf und die Oberfläche wurde bis zur eventuellen Unbrauchbarkeit korrodiert.
Die Schaffung einer derartigen Legierung mit verbesserter thermischer Dauerbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit
bei hoher Temperatur war daher bisher ein schwerwiegendes technisches Problem.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Legierung mit verbesserter thermischer. Dauerfestigkeit und
Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur. Diese Eigenschaften werden erfindungsgemäß durch Zusetzen von Legierungselementen,
wie Molybdän, Wolfram, Niob, Stickstoff und Bor, zu einer üblichen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung erzielt.
Die Wirkung des Zusatzes von Molybdän, Wolfram, Niob, Stickstoff, Kobalt und Bor in der erfindungsgemäßen Legierung
wird der Reihe nach im folgenden erläutert.
Erfindungsgemäß wird die Bildung einer festen stabilen
Lösung begünstigt und deren Beständigkeit bei hoher Tempera tu erhöht, indem man Molybdän und Wolfram zu einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung
zugibt.
Das Kornwachstum und die Vergröberung des Carbids
und der Nitritverbindungen in der Legierung kann man durch Zusetzen von Niob zu der Eisen-Nickel-Chrom-Legierung verhindern.
Die Stabilisierung des Austenits und die Verbesserung der Beständigkeit der Legierung bei hoher Temperatur läßt
sich durch Zusetzen von Stickstoff verbessern. Die thermische Dauerfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit einer Legierung
in einer schwefelhaltigen Legierung kann durch Zugeben von Kobalt verbessert werden.
U09885/U15
Die Festigkeit der Legierung bei hoher Temperatur und die Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur läßt
sich durch Zugeben von Bor verbessern.
Die oben beschriebenen Wirkungen werden somit bei der Erfindung durch Zusetzen von Molybdän, Wolfram, Niob,
Stickstoff, Kobalt, Bor und anderen, im folgenden noch genannten Elementen, zu einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung
erzielt. Die am besten geeigneten Zusammensetzungen für i eine derartige Legierung gemäß der Erfindung werden im
folgenden näher erläutert.
Beträgt die zugegebene Molybdänmenge über 3 Gew.$, so verringert sich die Korrosionsbeständigkeit der Legierung
bei hoher Temperatur; beträgt dagegen die zugegebene Molybdänmenge weniger als 0,1$, so treten Brüche beim Erhitzen
auf. Der zweckmäßigste Molybdängehalt in der erfindungsgemäßen Legierung liegt daher zwischen 0,1 und 3$. Ein Wolframgehalt
von weniger als 0,1 Gew.i° führt zum Auftreten von
Brüchen bei hoher Temperatur; andererseits führt ein Wolfram- ä
gehalt von über 6 Gew.$ zu einer Verringerung der Bearbeitbarkeit und Zähigkeit der Legierung. Der geeignetste Wolframgehalt
in der Legierung liegt daher zwischen 0,1 und
Falls der Niobgehalt weniger als 0,1 Gew.# beträgt,
läßt sich hierdurch das Auftreten von Brüchen beim Erhitzen nicht verhindern. Beträgt dagegen der Niobgehalt über 4
Gew.^, so steigt hierdurch die Korrodierbarkeit der Legierung.
Der zweckmäßigste Niobgehalt liegt daher zwischen 0,1 und 3,0 Gew.#.
_ 4 _ 009885/UT5
2018500 - 4 -
Bei einem Stickstoffgehalt von über 0,3 Gew.^ werden
sowohl die korrosionsverhindernden Eigenschaften beeinträchtigt als auch das Auftreten von Brüchen begünstigt. Andererseits
ist ein Stickstoffgehalt von weniger als 0,03 Gew.^ unwirksam für die Verhinderung des Auftretens von Brüchen.
Der geeignetste Stickstoffgehalt liegt daher zwischen 0,03 und 0,3 Gew.^.
Ein Kobaltgehalt von weniger als 3 Gew.^ ist unwirksam
für die Verhinderung von Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur und das Auftreten von Brüchen durch Erhitzen.
Andererseits führt ein Kobaltgehalt von über 30 Gew.fi
zu einer Verschlechterung der Verarbeitbarkeit der Legierung. Der geeignetste Kobaltgehalt liegt daher im Bereich von 3 bis
30 Gew.#.
Ein Borgehalt von über 0,15 Gew.^ führt zu einer zu starken Härtung der Legierung, so daß deren Verarbeitbarkeit
hierdurch beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund liegt der Kobaltgehalt zweckmäßigerweise unter 0,15 Gew.^.
Außer den oben genannten sechs Elementen der erfindungsgemäßen Legierung werden im folgenden der Einfluß von Kohlenstoff,
Silicium, Mangan, Nickel, Chrom und Eisen und deren zweckmäßigste Mengenanteile näher erläutert.
Durch die Anwesenheit von Kohlenstoff wird das Auftreten von Brüchen bei hoher Temperatur verhindert sowie
Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur erzielt. Beträgt der Kohlenstoffgehalt jedoch über 1,0 Gew.#, so wird hierdurch
die Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur ver-
- 5 009885/1416
ringert. Der zweckmäßigste Kohlenstoffgehalt "beträgt daher
weniger als 1,0 Gew.5^; andererseits führt ein Gehalt von
weniger als 0,05 Gew.$ zum Auftreten von Brüchen beim Erhitzen. Der zweckmäßigste Kohlenstoffgehalt in der Legierung
liegt daher im Bereich von 0,05 bis 1,0 Gew.$.
Obwohl es bekannt ist, daß ein Siliciumgehalt sehr
wirksam zur Erzielung von Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur ist, besteht die Möglichkeit, daß Brüche in der {
Hitze aufgrund einer Sigma-Versprödung auftreten und die thermische
Dauerfestigkeit abnimmt, wenn der Siliciumgehalt zu groß ist.
Ein Siliciumgehalt von über 3,0 Gew„$ führt also
zum Auftreten von Brüchen in der Hitze. Es ist daher zweckmäßig, einen Siliciumgehalt von weniger als 3,0 Gew.$ anzuwenden.
Andererseits führt ein Gehalt von weniger als 0,1 Gew.$ Silicium zu einer Abnahme der Korrosionsbeständigkeit
der Legierung bei hoher Temperatur. Der zweckmäßigste Siliciumgehalt liegt daher zwischen 0,1 und 3,0 Gew.$. |
Ein Mangangehalt von weniger als 2 Gew.# in der 25-.
bis 30 Gew.# Chrom enthaltenden Legierung bewirkt eine Verhinderung
des Auftretens von Brüchen. Beträgt der Mangangehalt dagegen mehr als 2 Gew.#, so besteht eine beträchtliche Gefahr
des Auftretens einer Sigma-Versprödung der Legierung. ;
Der zweckmäßigste Mangangehalt beträgt daher weniger als 2 Gew.#.
Nickel ist ein unentbehrliches Metall für die Verbesserung der thermischen Dauerfestigkeit. Falls jedoch der
- 6 -009885/1415
Nickelgehalt 19 Gew.$ übersteigt, werden hierdurch nicht nur
die Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur in schwefel haltiger Atmosphäre, sondern auch die Wirtschaftlichkeit
der Legierung aufgrund des hohen Preises von Nickel in Frage gestellt. Aus diesem Grund wendet man vorzugsweise einen
Nickelgehalt von weniger als 19 Gew.$ an. Andererseits führt ein Nickelgehalt von weniger als 1 Gew.$ zu einer Verschlech
terung der thermischen Dauerfestigkeit der Legierung. Der zweckmäßigste Nickelgehalt liegt daher zwischen 1 und 19
Chrom als Legierungsbestandteil ist sehr wirksam zur •Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Ein Gehalt von
weniger als 22 Gew.^ Chrom führt jedoch zu einer verstärkten Korrosion der Legierung bei hoher Temperatur; andererseits
führt ein Gehalt von über 35 Gew.$ zu einer unerwünschten Begünstigung der Sigma-Versprödung. Der geeignetste Anteil
an Chrom beträgt daher 22 bis 35 Gew.#.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung weiter erläutert. In den Zeichnungen
bedeuten:
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Zahl der thermischen Kreisläufe bis zum Versagen
aufgrund des thermischen Dauerhaftigkeitstests für den Fall, daß Kobalt zu bekannten
Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen zugegeben wird;
009885/1415
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Korrosions-
geschwindigkeit in mg/cm der einer schwefelhaltigen Atmosphäre "bei hoher Temperatur ausgesetzten
Legierung "bei wechselndem Kobaltgehalt der Eisen-Nickel-Chrom-Legierung;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Korrosionsbeständigkeit
einer Legierung, welche einer schwefelhaltigen Atmosphäre bei hoher Temperatur
ausgesetzt wurde, wobei wechselnde Mengen Silicium zu herkömmlichen Eisen-Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen
zugegeben wurden;
Fig. 4 graphische Darstellungen eines Vergleichs 1S zwischen einer erfindungsgemäßen Legierung
und einer bekannten Eisen-Niekel-Chrom-Legierung.
Im einzelnen bedeuten:
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur und der Härte.
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Anzahl der thermischen Kreisläufe bis zum Versagen.
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Zeitdauer des Korrosionstests und einer schwe
felhaltigen Atmosphäre bei hoher Temperatur und der Korro-
p
sionsgeschwindigkeit in mg/cm .
sionsgeschwindigkeit in mg/cm .
In Fig. 1 ist ein Fall (I) dargestellt, demzufolge wechselnde Mengen Kobalt zu einer üblichen 20 Cr-10 Mi-Legierung
zugesetzt wurden; ferner ist ein Fall (II) dar-
009885/1415
gestellt, bei welchem wechselnde Mengen Kobalt bei einem kombinierten Zusatz von Molybdän, Wolfram, Niob, Stickstoff
und Bor zu einer üblichen 28 Cr-10 Ni Legierung zugegeben wurde. Für beide Fälle ist aus der graphischen
Darstellung die Anzahl der thermischen Kreisläufe bis zum Versagen aufgrund einer wiederholten Temperatursenkung
von 8000C auf 4000C und direkte Temperaturerhöhung
von 400 auf 8000C dargestellt.
Wie sich aus dieser Darstellung ergibt, verbessert sich die thermische Dauerfestigkeit der jeweiligen Legierung
mit zunehmendem Kobaltgehalt, wobei diese Wirkung besonders stark im Fall der kombinierten Zugabe von Molybdän,
Wolfram, Niob, Stickstoff und Bor eintritt.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, aus welcher sich die Zunahme der Korrodierbarkeit der Legierung bei
9000C bei 5-stündiger Einwirkung einer schwefelhaltigen
Atmosphäre ergibt.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, aus welcher Meßergebnisse über die Zunahme der Korrodierbarkeit einer
28 Cr-10 Ni- 25 Co-Legierung bei 5-stündiger Einwirkung von schwefelhaltiger Atmosphäre bei 9000C in Abhängigkeit
vom Siliciumgehalt ersichtlich sind.
Gemäß dieser Darstellung nimmt die Korrodierbarkeit der Legierung mit zunehmendem Siliciimgehalt ab. Der Zusatz
von Silicium erweist sich also sehr wirksam zum Verhindern der Korrosion einer Legierung bei hoher Temperatur in einet
schwefelhaltigen Atmosphäre.
- 9 009885/U1 5
20T9500-
Zum Vergleich der Eigenschaften einer bekannten 28 Gr 10 Ni-Legierung mit zwei Arten der erfindungsgemäßen
Legierung, werden die Meßergebnisee der Härte zwischen 250C
und 900 C sowie die Meßergebnisse der thermischen Dauerfestigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur
im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
In der folgenden Tabelle sind die chemische Zusammensetzung einer bekannten Legierung A sowie der erfindungs- ä
gemäßen Legierungen B und C zusammengestellt:
- 10. -009835/U15
| Arbeitsbeispiel | A | B | C |
| Element: | 0.3% | 0.28% | 0.31% |
| C | 0.67% | 0.52% | 0.98% |
| Si | 1.24% | 1.55% | 0.98% |
| Mn | 10.63% | 9.88% | 10.42% |
| Ni | 27.48% | 28.97% | 27.35% |
| Cr | 0.12% | 0.9% | 0.98% |
| Mo | — | 0.92% | 1.0% |
| W ' | — | 0.39% | 0.42% |
| Nb | — | 0.152% | 0.193% |
| N ■ | - | 24.76% | 10.01% |
| Co | - | 0.11% | 0.07% |
| B | |||
| Fe und andere | Rest | Rest | Rest |
| Verunreinigungen | |||
In Fig. 4 sind die Meßergebnisse der Hochtemperaturhärte der Legierungen zwischen 25 und 9000C dargestellt. Gemäß
dieser Darstellung weisen die Legierungen A, B und C keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich der Härteverminderung
zwischen 25 und 6000C auf; sobald aber die Temperatur über
6000C steigt und außerdem insbesondere 800 bis 9000C erreicht,
so weisen die Legierungen B und C eine größere Härte zwischen 800 und 9000C als die Legierung A auf.
In Fig. 5 ist die Anzahl der thermischen Kreisläufe bis zum Versagen aufgrund einer wiederholten TemperatürSenkung
von 800 auf 4000C und direkten Temperaturerhöhung von 4000C
009885/U15
auf 8000G unter Verwendung einer Coffin-Untersuchungsmaschine
zur Untersuchung der thermischen Festigkeit dargestellt.
Gemäß dieser Darstellung weist die Legierung B im Vergleich zur Legierung A eine um etwa 10-fach höhere Lebensdauer
und die Legierung C eine um etwa 6-fach höhere Lebensdauer
auf.
Aus Fig. 6 ist die Beziehung zwischen der Dauer des Korrosionsversuchs und der Korrosionsgeschwindigkeit der Le- ä
gierung im Hinblick auf die Korrosion bei hoher Temperatur in einer schwefelhaltigen Atmosphäre dargestellt. Gemäß dieser
Darstellung ist die Korrosionsgeschwindigkeit der Legierung B im'Vergleich zur Legierung A 0,86 und die Korosionsgeschwindigkeit
der Legierung C im Vergleich zur Legierung A 0,69. Die Legierungen B und C sind also besser als die Legierung A.
Die mechanischen Eigenschaften der Legierungen A, B und C bei Zimmertemperatur sind in der folgenden Tabelle
zusammengestellt:
Legierung: AB C
Zugfestigkeit
(kg/mm2) 60.0 69.6 60.2
Dehnbarkeit, # 12.6 25.6 37.8
Härte (HV 10 kg) 220 220 202
- 12 -
009885/H15
Die erfindungsgemäße Legierung ist also der bekannten Eisen-Nickel-Chrom-Legierung bei Temperaturen über
80O0C überlegen und weist eine gute thermische Dauerfestigkeit
und gute Korrosionsbeständigkeit in schwefelhaltiger Atmosphäre bei hoher Temperatur auf.
Beispielsweise eignet sich die erfindungsgemäße Legierung nicht nur für Vorverbrennungskammern oder andere
Teile von Dieselmotoren, welche drastischen Bedingungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, sondern kann auch
weitgehend als hitzebeständige Legierung für verschiedene andere Verwendungszwecke bei hoher Temperatur angewandt
werden. Die erfindungsgemäße Legierung weist somit sehr brauchbare technische Vorteile auf.
- 13 -
009885/141 5
Claims (1)
- - 13 Patentanspruch:Hitzebeständige Eisen-Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,05 bis 1,0 Gew.$ Kohlenstoff, 0,1 bis 3,0 Gew.^ Silicium, 0,1 bis 3,0 Gew.# Mangan, 1,0 bis 19 Gew.^ Nickel, 22 bis 35 Gew.$ Chrom, 0,1 bis 3,0 Gew.$ Molybdän, 0,1 bis 6,0 Gew.# Wolfram, 0,1 bis 3,0 Gew.# Niob, 0,03 bis 0,3 Gew.# Stickstoff, 3,0 bis 30 Gew.^ Kobalt, weniger als 0,15 Gew.$ Bor und Rest Eisen' sowie Verunreinigungen.009885/U16Leerseite■ii-W>;v<3
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- 1970-04-23 GB GB1958370A patent/GB1302560A/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50159410A (de) * | 1974-06-14 | 1975-12-24 | ||
| EP0027472A1 (de) * | 1979-04-04 | 1981-04-29 | Mitsubishi Materials Corporation | Legierung auf eisenbasis mit exzellenter zink-korrosionsbeständigkeit |
| EP0027472A4 (de) * | 1979-04-04 | 1983-02-09 | Mitsubishi Metal Corp | Legierung auf eisenbasis mit exzellenter zink-korrosionsbeständigkeit. |
| EP2890854B1 (de) | 2012-08-31 | 2016-06-22 | Putzmeister Engineering GmbH | Betonverteilermast |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2019500B2 (de) | 1974-05-09 |
| GB1302560A (de) | 1973-01-10 |
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