DE2037648B2 - Verwendung einer Eisenlegierung mit guter Kriechfestigkeit und Korrossionsfestigkeit bei hoher Temperatur und hohem Widerstand gegen Rückkohlung im Kontakt mit Aufkohlungsmittein als Werkstoff für die Herstellung von Teilen in Öfen für Temperaturen bis 1200 Grad C - Google Patents
Verwendung einer Eisenlegierung mit guter Kriechfestigkeit und Korrossionsfestigkeit bei hoher Temperatur und hohem Widerstand gegen Rückkohlung im Kontakt mit Aufkohlungsmittein als Werkstoff für die Herstellung von Teilen in Öfen für Temperaturen bis 1200 Grad CInfo
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
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Description
0,05 bis 0,85% Kohlenstoff, 20 bis 35% Chrom,
22 bis 40% Nickel,
0,2 bis 4% Mangan,
0,2 bis 3% Silicium,
0,3 bis 4,5% Wolfram,
1,0 bis 8% Niob,
0,02 bis 0,25% Stickstoff,
unier 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen in kleinstmöglichen Mengen, als Werkstoff für die
Herstellung von Teilen in öfen für Temperaturen bis 1200 C.
2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die 0,5 bis 3% Wolfram und 1,0 bis 3%
Niob enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die 1,40 bis 2,0% Wolfram und 1,0 bis
1,8% Niob enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus
0,05 bis 0,60% Kohlenstoff, 20 bis 32% Chrom.
25 bis 38% Nickel,
0,3 bis 2% Mangan,
0,3 bis 2% Silicium,
0,5 bis 3% Wolfram,
1,0 bis 3% Niob,
0,02 bis 0,25% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
25 bis 38% Nickel,
0,3 bis 2% Mangan,
0,3 bis 2% Silicium,
0,5 bis 3% Wolfram,
1,0 bis 3% Niob,
0,02 bis 0,25% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen in kleinstmöglichen Mengen, für den Zweck nach
Anspruch 1.
5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1. bestehend aus
0,40% Kohlenstoff,
25 bis 28% Chrom,
32 bis 36% Nickel,
0,50 bis 1,0% Mangan,
1,20 bis 1,60% Silicium,
1,40 bis 2,0% Wolfram,
1,0 bis 1,8% Niob,
0,15% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
25 bis 28% Chrom,
32 bis 36% Nickel,
0,50 bis 1,0% Mangan,
1,20 bis 1,60% Silicium,
1,40 bis 2,0% Wolfram,
1,0 bis 1,8% Niob,
0,15% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen in kleinstmöglichen Mengen, für den Zweck nach
Anspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Eisenlegierung mit guter Kriechfestigkeit und
Korrosionsfestigkeit bei hoher Temperatur und hohem Widerstand gegen Rückkühlung im Kontakt mit Aufkohlungsmittel
als Werkstoff für die Herstellung von Teilen in öfen für Temperaturen bis 12000C
Bekannt ist schon (britische Patentschrift 744 599) die Verwendung eines Werkstoffes aus
0,08 bis 1,50% Kohlenstoff,
12 bis 30% Chrom,
2 bis 35% Nickel,
3 bis 12% Mangan,
bis 0,45% Silicium,
bis 0,45% Silicium,
bis 2% Wolfram,
bis 2% Niob,
0,06 bis 0,60% Stickstoff,
unter 0,04% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel.
0,06 bis 0,60% Stickstoff,
unter 0,04% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel.
20 Rest Eisen mit de:i üblichen Verunreinigungen für
Ventile und Teilen von Ventilen in Verbrennungskraftmaschinen, die Temperaturen bis etwa 790 (
standzuhalten haben.
Für die Herstellung von Teilen von öfen zur Einsatzhärtung
mit festen b/w. gasförmigen Stoffen und von öfen für die Erdolchemie, insbesondere zum
Cräcken von Kohlenwasserstoffen durch Pyrolyse und andere Reformierungsverfahren werden Legierungen
benötigt, die insbesondere hohen Widerstand gegen Rückkühlung im Kontakt mit Aufkohlungsmittel
aufweisen sollen. Derartige Legierungen sollen außerdem eine gute Dauerstandsfestigkeit bzw.
Kiicchfestigkeit aufweisen und eine gute Korrosionsfestigkeit
bei hohen Temperaturen, und zwar insbesondere gegenüber Oxydation bei hohen Temperaturen
haben. Für die Dauerstandsfestigkeit ist überdies eine gute Wärmeschock- bzw. Temperatur-Wechselbeständigkeit
erforderlich. Zur Verarbeitung der Teile sollte die Legierung darüber hinaus eine
gute Schweißbarkeit aufweisen. Bekannte Legierungen, die eine gute Kriechfestigkeit und Korrosionsfestigkeit
bei hohen Temperaturen aufweisen, erfüllen diese Voraussetzungen nicht und haben insbesondere
keinen hohen Widerstand gegen Rückkohlung im Kontakt mit Aufkohlungsmitteln.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, für die Herstellung von Teilen von Industrieöfen, die für Temperaturen
bis 1200 C bestimmt sind, eine diesen Erfordernissen
genügende Legierung vorzuschlagen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in der Verwendung einer Eisenlegierung mit
guter Kriechfestigkeit und Korrosionsfestigkeit bei hoher Temperatur und hohem Widerstand gegen
Rückkühlung im Kontakt mit Aufkohlungsmitteln, bestehend aus
0.05 bis 0,85% Kohlenstoff,
to 20 bis 35% Chrom,
to 20 bis 35% Chrom,
22 bis 40% Nickel,
0,2 bis 4% Mangan, 0,2 bis 3% Silicium,
0,3 bis 4,5% Wolfram',
(15 1,0 bis 8% Niob,
(15 1,0 bis 8% Niob,
0,02 bis 0,25% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0.05% Schwefel,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen in kleinstmöglichen Mengen, als Werkstoff für die Herstellung von Teilen in öfen für Temperaturen bis
1200° C.
Diese Eisenlegierung besitzt in dem sich bis mindestens 12000C erstreckenden Arbeitstemperaturbereich von Industrieöfen der genannten Art eine
hohe Dauerstandsfestigkeit, eine gute Kriechfestigkeit und Korrosionsfestigkeit, insbesondere durch Oxydation, bei hoher Temperatur und hohem Wider- ι ο
stand gegen Rückkühlung im Kontakt mit Aufkohlungsmitteln. Die Legierung besitzt außerdem eine
gute Wärmeschock- bzw. Temperaturwechselbeständigkeit. Schließlich weist die genannte Legierung eine
gute Schweißbarkeit auf, was eine Verarbeitung der aus ihr hergestellten Teile zu Industrieöfen bzw. zu
Teilen solcher Öfen erheblich erleichtert.
Die vorerwähnten Eigenschaften ermöglichen die Verwendung der Legierung in öfen, wo Bedingungen
bzw Voraussetzungen vorliegen, die eine Rückkohlung begünstigen, und zwar insbesondere bei Temperaturen, die 7000C weit überschreiten. Der hohe
Widerstand der Legierung gegen Rückkühlung im Kontakt mit Aufkohlungsmittel beruht offenbar auf
dem gleichzeitigen Vorhandensein von Wolfram, Niob und Stickstoff in den angegebenen Mengenverhältnissen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Legierung verwendet, die 0,5 bis 3% Wolfram
und 1,0 bis 3% Niob enthält. Die Einhaltung dieser besonderen Zusammensetzungsgrenzen für Wolfram
und Niob in der für die Herstellung von Teilen in öfen verwendeten Legierung ergibt eine besonders
gute Schweißbarkeit der Legierung.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausfdhrungsform wird für den genannten Zweck eine Legierung
verwendet, die 1,40 bis 2,0% Wolfram und 1,0 bis 1,8% Niob enthält. Dieser Stahl stellt die günstigste
Kombination vom Standpunkt des hohen Widerstandes gegen Rückkohlung, der guten Kriechfestig-
keit und der Oxydationsbeständigkeit sowie guter Schweißbarkeil dar.
Die Gewichtsanteile der neben Wolfram, Niob und Stickstoff in der Legierung verwendeten Elemente können zur Unterstützung der guten Schweiß-
barkeit so gewählt werden, daß sich für den genannten Zweck eine Legierung ergibt, bestehend aus
0,05 bis 0,60% Kohlenstoff,
20 bis 32% Chrom,
25 bis 38% Nickel,
0,3 bis 2% Mangan,
0,3 bis 2% Silicium,
0,5 bis 3% Wolfram.
1,0 bis 3% Niob,
0,02 bis 0,25% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
unter 0,05% Schwefel,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen in kleinstmöglichen Mengen.
Zur Optimierung der Gesamteigenschaften des Stahls vom Standpunkt hohen Widerstandes gegen
die Rückkohlung, guter Kriechfestigkeil Oxydationsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit bei der Herstellung
von Industrieöfen führt zur Verwendung einer Legierung, bestehend aus
0,40% Kohlenstoff,
25 bis 28% Chrom,
32 bis 36% Nickel,
0,50 bis 1,0% Mangan,
1,20 bis 1,60% Silicium,
1,40 bis 2,0% Wolfram,
1,0 bis 1,8% Niob,
0,15% Stickstoff,
unter 0,05% Phosphor,
unter 0,05% Schwefel,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen in kleinstmöglichen Mengen.
In der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand von drei Beispielen erläutert, von denen
das erste einen Kriechversuch und die beiden anderen Rückkohlungsversuche betreffen. Die erfindungsgemäß verwendete Eisenlegierung ist jeweils mit »I«
bezeichnet.
Es wurden Kriechversuche bei einer Temperatur von 9 50° C bei 1000 und 10 000 Stunden durchgeführt, um die Wirkung der Legierungsbestandteile
Niob, Wolfram, Stickstoff und Molybdän auf die Heizeigenschaften einer ungefähr 0,40% Kohlenstoff,
33% Nickel und 25% Chrom aufweisenden Grundlegierung zu bestimmen.
Die erzielten Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengestellt:
Zusammensetzung in Gewichtsprozent
Ni
55
Legierungsbestandteile
+ Nb 1,25%
+ W 1,8%
+ Mo 2,15%
+ W+ Nb
+ Mo
1,7 1,2 2,1
+ N +W
+ Nb
0,13—1,7—1,3
+ Nb
0,13—1,7—1,3
Kriechfestigkeit
in Hektobar
bis zum Bruch
bei 950° C nach
| 1000 Sld. | 10000 Std |
| 2,5 | 1,7 |
| 3,7 | 2,6 |
| 3,1 | 2,3 |
| 2,9 | 2.1 |
| 2,8 | 2.0 |
| 3,5 | 2,5 |
Die erzielten Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäße Legierung 1 nahezu die besten Kriechfestigkeiten
der untersuchten Stähle besitzt.
Weitere Kriechbruchversuche unter Zug- bzw. Spannungsbeanspruchung bei höheren Temperaturen
von 1050 bis 12000C während längeren Zeiten haben ebenfalls die Überlegenheit der Legierung gemäß
der Erfindung bestätigt. Die Ergebnisse dieser weiteren Versuche, bei denen die Grundlegierung ebenfalls
ungefähr 0,40% Kohlenstoff enthielt, sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben:
| Tabelle 2 | Zusam Ni |
menselz Cr |
+ | ung in G Nb |
ewichtsp W |
N 0,13% | rozenl Mo |
Bruchzeit | in Stunden |
| 33 | 25 | 1,25 | 0 | 0 | 1050'C Belastung 2 Hektoba: (Sid.) |
1200"C Belastung 0,7 Hekto- bar (Std.) |
|||
| 33 | 25 | O | 1,8 | 0 | 778 | 173 | |||
| 33 | 25 | O | 0 | 2,15 | 462 | 131 | |||
| 33 | 25 | 1.2 | 1,7 | 2,1 | 232 | 47 | |||
| f 33 | 25 | 1,3 | 1,7 | 0 | 150 | 54 | |||
| 455 | 130 | ||||||||
analysiert. Die Ergebnisse haben gezeigt, daß die Schichten von ungefähr 0,5 mm Tiefe reicher an Kohlenstoff geworden sind und daß die Schichten von
ungeiahr 5 mm Tiefe die Aufkohlungsgrenze der Tiefe nach angaben. Diese Versuche sind in der nachstehenden Tabelle 3 zusammengefaßt (der erfindunpsgemäße Stahl ist derselbe wie derjenige des Beispiels i):
Mit einer Eigenlegierung mit ungefähr 0,40% C wurden Aufkohlungsversuchc gemacht, indem Proben dieser Legierung bei hohen Temperaturen in
Einsetz- bzw. Zementierkästen gelegt wurden. Nach vorbestimmten Zeiten wurde der Kohlenstoffgehalt
der Einsatzhärteschichten in Abhängigkeit der Tiefe Zusammensetzung in Gewichtsprozenl
Cr Nb W Mo
| Cr | |
| 20 | 25 |
| 33 | 25 |
| 33 | 25 |
| 33 | 25 |
| 33 | 25 |
| 33 | 25 |
1,25
1,3 1,7
+ N 0,13%
1,8
0
0
0
0
2,15
Kohlenstoffgehalt
nach Einsalzhärtung
bei 11500C
Tiefe bis I mm
3,1 2,2 2,0 2,0
2,1
2,05
Tiefe bis 6mm
1,8
1,8
1,5
1,9
1,0
Weitere Aufkohlungsversuche wurden in einem Industrieofen durchgeführt, welcher während eines
Jahres bei einer Temperatur 10500C in Betrieb gehalten wurde und der hintereinanderliegende Verbundrohre enthielt, die aus verschiedenen Legierungen bestanden, die so denselben Temperaturen und
demselben AufOhlungsgas ausgesetzt sein sollten. Nach Zerteilung des Rohrs wurde für jede Legierung
der Kohlenstoffgehalt in aufeinanderfolgenden Schichten von 0,5 mm Stärke sowohl bei rohbleibenden
Teilen der Rohre wie bei am Innendurchmesser nachbearbeiteten Teilen bestimmt. Alle dem Versuch unter- worfenen Legierungen waren ungefähr 0,40% Kohlenstoffenthaltende Eisenlegierungen, wobei die erfindungsgemäße Legierung I dieselbe war wie in den
Beispielen 1 und 2.
Die nachstehende Tabelle 4 gibt die Gewichts- Prozentsätze der anderen Bestandteile der den Ver
suchen unterworfenen Legierungen an sowie die Kohlenstoffgehaltzunahme der zweiten 0,5 mm starken Schicht, ausgehend von dem Inneren des Rohres,
wie auch diejenige, die der Mitte der Rohrstärke bzw.
20
33
33
33
33
33
33
33
| Zusammensetzung in % | Nb | W | Mo |
| Cr | 0 | 0 | 0 |
| 25 | 1.25 | 0 | 0 |
| 25 | 0 | 1.8 | 0 |
| 25 | 0 | 0 | 2,15 |
| 25 | 1.3 |
....
1.7 |
0 |
| 25 |
Gewichtsprozent der Kohlenstofizunahme
(innen bei 0,5 mm! Rohes Rohr
(Mitte der Dicke
bzw. Wandstärke)
bzw. Wandstärke)
1,62 0,70 0,75 1,92
+ N 0,13%
Die obige Tabelle zeigt die bedeutende, durch die
erfindungsgemäß verwendete Legierung erbrachte Verbesserung bezüglich der rohen Rohre wie auch
der bearbeiteten Rohrr, wodurch in der Tabelle 3 angegebene Ergebnisse bestätigt werden und außerdem
der ungünstige Einfluß des Molybdäns hervorgehoben wird.
Die große Widerstandsfähigkeit gegenüber Rückkohlung
der nach der vorliegenden Erfindung verwendeten Legierungen isi auf das gleichzeitige Vor-
0,18 0,22
0,12
0,11
0,10
0,12
0,11
0,10
0,05
(innen)
0,15
0,13
0,14
0,17
Bearbeitetes Rohr
(Mitte der Dicke
0,07
bzw. Wandstärke)
0,04 0,03 0,03 0,06
0,01
handensein von Wolfram. Niob und Stickstoff in den oben angegebenen Mengen zurückzuführen, und
zwar könnte dies folgenderweise erklärt werden:
Der Stickstoff, wenn er Nitride, insbesondere mit Chrom bildet, vermindert die Bildung von Chromkarbiden
und verlangsamt also das Eindringen des Kohlenstoffes.
Wolfram und Niob bilden stabile Karbide, die ebenfalls das Einbringen des Kohlenstoffes verhindern.
Claims (1)
1. Verwendung einer Eisenlegierung mit guter Kriechfestigkeit und Korrosionsfestigkeit bei hoher
Temperatur und hohem Widerstand gegen Rückkühlung im Kontakt mit Aufkohlungsmittel^
bestehend aus
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |