DE2045178C3 - Verwendung einer gegenüber Brennstoffaschen beständigen Chrom-Nickel-Legierung - Google Patents

Description

0,5 C/₀Nb) 'r (⁰UTi) i 0,3 (%Ta) < 1 es beispielsweise nach dem Abkühlen eines Ofens mit

15 Teilen aus einer solchen Legierung beim Herausgenügt, als Gußwerkstoff, der nach einer lang- nehmen der Ofenteile plötzlich zum Bruch kommt. So zeitigen Temperaturbeanspruchung bei 700 bis kann die ursprüngliche Dehnung einer 5'"'% Chrom 900^aC noch eine gute Raumtemperatur-Dehnung und 50% Nickel enthaltenden Legierung von urbesitzt. sprünglich 6 bis 35% nach einem Glühen bzw. Ofen-

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, io betrieb bei 700 bis 900° C auf unter 1 % fallen

die jedoch im Vakuum erschmolzen ist und 0,3 bis Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine

1,5% Niob oder 0,8 bis 3% Tantal oder 0,3 bis Legierung vorzuschlagen, die bei guter Beständigkeit

1 % Titan enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. gegenüber Brennstoffaschen als Gußwerkstoff nach

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, einer Iangzeitigen Temperaturbeanspruchung bei 700 die jedoch 0,5 bis 1 % Niob enthält, für den Zweck 25 bis 900° C noch eine gute Raumtemperatur-Dehnung nach Anspruch 1. besitzt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Verwen-

4. Verwendung eineF Legierung nach Anspruch 1, dung einer Chrom-Nickel-Legierung der eingangs erdie jedoch an Luft erschmolzen ist und höchstens wähnten Zusammensetzung vorgeschlagen.

0,2% Stickstoff, 0,6 bis 2,2% Niob oder 1 bis 4% Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäß verwend-

Tantal oder 0,4 bis 1,5% Titan enthält, für den 30 bare Legierung nui einen Nitridbildner. Sofern es sich Zweck nach Anspruch 1. dabei um Niob handelt, muß der Legierung mehr als

das Siebenfache, im Falle des Tantals mehr als das Dreizehnfache und im Falle des Titans mehr als das Dreifache des jeweiligen Siickstoffgehaltes zugesetzt

35 werden.

Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß sich die Raumtemperatur-Duktilität nach einem mehrtägigen Glühen bei 700 bis 900⁰C von einer Dehnung

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von nur etwa 1% bei einer in bezug auf den Stickstoffeiner gegenüber Brennstoffaschen beständigen Chrom- 40 gehalt stöchiometrischen Zugabe auf ein Maximum Nickel-Legierung, bestehend aus 40 bii-, 55% Chrom, erhöht, wenn 0,4% Niob, 0,4% Titan oder 0,5% Tan-Rest Nickel und Verunreinigungen einschließlich tal im Überschuß zugegeben werden. Liegt der Überhöchstens 0,3% Stickstoff sowie Niob, Titan und schuß des jeweiligen Nitridbildners über den vorTantal einzeln oder nebeneinander in einer Menge, die erwähnten Werten, so verringert sich die Raumzum Abbinden des Stickstoffs ausreicht, darüber hin- 45 temperatur-Duktilität nur langsam, so daß ein geaus insgesamt mindestens 0,2% freies Niob, Titan wisser Überschuß ohne allzu großen Duktilitätsverlust und Tantal ergibt und der Gleichung hingenommen werden kann. Die freien Gehalte der

Nitridbiidner dürfen jedoch bei Niob 2%, bei Titan

0.5 (⁰Z₀Nb) i (%Ti) 1 0,3 (%Ta) il 1 % und bei Tantal 3,2% nicht übersteigen, wenn die

50 Legierung jeweils nur eins dieser Elemente enthält. Da

genügt. die Legierung auch mehr als einen Nitridbildner ent-

Eine Knetlegierung der vorerwähnten Art mit halten kann, erfolgt die Bestimmung des Mindest-50,27% Chrom und 1,00% Titan, Rest Nickel ist aus Zusatzes nach der Gleichung der Zeitschrift »Electrochemical Technology«, September/Oktober 1968, S. 354 bis 358, bekannt; sie be- 55 (%Nb) · (%Ti) i (%Ta) 2 0,2 sitzt bis 890° C eine gute Korrosionsbeständigkeit

gegenüber Atmosphären, die be der Pyrolyse der und die Bestimmung der Höchstmenge nach der Flüssigkeit von Pulpen anfallen. Des weiteren ist aus Gleichung der deutschen Offenlegungsschrift 1906 007 eine

Chrom-Nickel-Knetlegierung mit 28 bis 75% Chrom, 60 0,5 (%Nb) t- (⁰Z_nTi) 4 0,3 (%Ta) £ 1,

0 bis 45% Eisen, 0 bis 1 % Mangan und 0 bis I % Silizium, Rest Nickel bekannt, die eine gute Verform- wobei die Klammjrausdrücke sich auf die freien Anbarkeit sowie bei erhöhter Temperatur eine gute Be- teile der jeweiligen Nitridbildner in der Legierung beständigkeit gegenüber Brennstoffaschen besitzt. ziehen.

Schließlich ist aus der USA.-Patentschrift 3 306 740 65 Der vorerwähnte Duktilitätsverlust wird nicht allein eine Nickel-Chrom-Legierung mit 60% Chrom und durch einen zu hohen Gehalt an Nitridbildnern ver-40% Nickel bekannt, die außerdem noch bis 0,04% ursacht; vielmehr wirkt sich ein zu hoher Stickstoff-Kalzium. 0.1 bis 0,5% Magnesium, 0,1 bis 1.0% gehalt in ähnlicher Weise aus. Der Grund hierfür liegt

tiarin, daß die Versprödung der Legierung im Gebrauch durch die Ausscheidung einer lamellsren Λ-Chrom-Phase jm y-Nickel-Grundgefüge verursacht wird. Wird der Stickstoff dagegen mittels eines Nitridbildners stabil abgebunden, so nimmt die Ausseheidungsphase eine kugeüge Form an, die die Duktilität bei weitem nicht so stark beeinflußt wie eine lamellare Ausscheidungsphase. Zu viele Nitride wirken sich jedoch, selbst wenn sie in kugeliger Form vorliegen, nachteilig auf die Duktilität sowohl im GuUzustand als auch im Gebrauch bei höherer Temperatur aus. Demzufolge darf der Stickstoffgehalt der Legierung 0,3 %, vorzugsweise 0,2% nicht übersteigen. Da, wie bereits erwähnt, im Vakuum erschmolzene Legierungen in der Regel keine 0,2% Stickstoff und an Luft erschmolzene Legierungen nur äußerst selten mehr als 0,2% Stickstoff enthalten, ergeben sich in der Praxis keine besonderen Schwierigkeiten, den Stickstoffgehalt auf höchstens 0,3 % zu begrenzen.

Obgleich beim erschmelzen der Legierung der Stickstoffgehalt analytisch festgestellt und auf Grund dessen der Zusatz an Nitridbildnern festgelegt werden kann, läßt sich die erfindungsgemäße Legierung auch ohne Stickstoffanalyse herstellen. Beim Erschmelzen im Vakuum reicht es aus, der Schmelze 0,3 bis 1,5%, vorzugsweise 0,5 bis 1 % Niob oder 0,8 bis 3 % Tantal oder 0,3 bis 1 % Titan zuzusetzen. Beim Erschmelzen »n Luft sollten die Zusatzmengen an Niob jedoch 0,6 bis 2,2%, an Tantal 1 bis 4% und an Titan 0,4 bis 1,5% betragen.

Eisen stellt bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Chrom-Nickel-Legierungen eine Verunreinigung dar. Niob kann daher als Ferrc Niob zugegeben werden, wobei allerdings der Eisengehalt der Legierung nur so weit ansteigen darf, wie das F.i.stn noch als Verunreinigung betrachte! werden kann.

Durch Versuche konnte des weiteren festgestelk werden, dall die Duktiütüt bei Raumtemperatur nach einem Glühen bei 700 hr 900'C stark verbessert werden kann, wenn d^;c ims der Legierung hergestellten Teile vor ihrer Benutzung zunächst Vi Ws 4 Stunden bei 1000 bis 1250³C geglüht werden.

Die Zusammensetzungen und Dtrhmmgiwerte, üemessen hei Raumtemperatur an einer Probe rnii 5,65 } F einiger erfmcungsgemäß zu verwendender und herkömmlicher Legierungen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. Die trtindungs- ^emäQ verwendbaren Legierungen wurden durch Einschmelzen einer Charge aus 50% Chrom »ml 50% Nickel in einem Hochfrequenzofen unter Vakuum oder an Luft hergestellt. Die Vakuumschmelzen wurden vor der Zugabe des Nitridbildners kräftig durchgerührt. Beim Erschmelzen an Luft befand sich

ao auf der Badoberfläche eine basische Schmelze aus Kalk und Kryolith im Verhältnis 3:1; diese Schmelzen wurden mit 0,15% Aluminium und 0,03% Magnesium in Form einer Nickel-Magnesium-Vorlegierung vor der Zugabe des Nitridbildners desoxydiert. Die herkömmlichen Vergleichslegierungen wurden in ähnlicher Weise erschmolzen. In der nachfolgenden Tabelle kennzeichnet »V« ein Schmelzen unter Vakuum und »A« ein Schmelzen an Luft. Sämtliche Schmelzen wurden im Gespann zu Probenstäben vergossen; diese wurden zur ErmitiSung der Dehnung im Gußzustand und nach einem 65stündigem Glühen bei 700"C sowie nach einem zunächst lstündigen Glühen bei 1100⁰C und anschließendem 65stündigem Glühen bei 70O⁰C untersucht.

Tabelle

	Cr C/.)	N (V.)	Zusatz r/o)	überschuh	Gußzusland	Dehnung	1 h/U00'C r-65 h/7001 C
Legierung	50,1	0,02	0,7Ti	0,64Ti	29,3	65 h/700 C	9,4
1 (V)	48,2	0,04	0,5Ti	0,38 Ti	33,1	5,4	11,5
2 (V)	49,9	0,08	1,0Ti	0,76 Ti	24,7	8,4	9,2
3 (V)	49,7	0,04'	0,5NB	0,2Nb	36,0	2,2	21,9
4 (V)	50,5	0,02	1,0Ta	0,74 Ta	21,0	5,8	18,9
5 (V)	50,0	0,065	1,0Nb	0,55 Nb	28,4	2,5	13,4
6(A)	49,7	0,11	1,0Nb	0,23 Nb	10,5	—	11,2
7 (A)	50,2	0,04		0,04 N*)	6,7	4,0	6,1
A (V)	50,0	0,13	—	0,13 N*)	14,1	0,7	0,5
B (A)	50,0	0,4	—	0,4 N*)	31,0	1,4	0,9
C(A)	50,0	0,04	0,2Ti	0,08 Ti	32,1	0,2	0,7
D (V)	48,2	0,1	2,5Ti	2,2Ti	0,3	0,4	—
E (V)	48,8	0,065	3,0Nb	2,55 Nb	Π.2	0,3	3,9
F (A)					—

•) Freier Stickstoff.

Bei den Legierungen A, B und C handelt es sich um bekannte Legierungen, von denen die an Luft erschmolzenen Legierungen B und C eine gute Duktilität im Gußzustand besitzen, die jedoch nach dem 65stündtgen Glühen nahezu völlig verlorenging. Außerdem ergab sich nur eine sehr kleine Beeinflussung der Dehnung durch die der Beanspruchung bei der Gebrauchstemperatur voraufgehende Glühung.

Bei der Legierung D dürfete der Stickstoff zwar stabil abgebunden sein, doch war der Titanüberschuß nicht ausreichend. Die Legierung E zeigt die Wirkung eines zu hohen Titanzusatzes, während die Legierung F die Folgen eines zu hohen Niobzusatzes veranschaulicht. Im Gegensatz dazu war die Duktilität der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen bei Raumtemperatur nach einem Betriebsglühen zur Ver-

meldung eines möglichen zufälligen Bruchs ausreichend und zeigt sich die Verbesserung der Duktilität durch die Wärmebehandlung vor dem Betriebsgi üjien.

interessanterweise ergibt sich die Wirkung eines Überschusses der Elemente Niob, Titan und Tantal

nicht bei anderen Nitridbildnern, beispielsweise Zirkonium, die mit dem Nickel ein Eutektikum bilden, wenn sie in einer das stöchiometriiche Verhältnis zum Stickstoff übersteigenden Menge zugegeben werden; sie führen zn einer Versprödung der Legierung bei Raumtemperatur.

Claims (1)

I 2 Yttrium, bis 1,7% Seltene Erdmetalle und bis 4% Patentansprüche: Titan oder 0,04% Niob enthalten kann. Diese Legie rung eignet sich ah Werkstoff für Feuerbüchsen vor.

1. Verwendung einer gegenüber BrennstofT- Schiffskesseln bzw. Brennräume für flüssige Brennaschen beständigen Chrom-Nickel-Legiening, be- 5 stoffe.

stehend aus 40 bis 55^Q/_O Chrom, Rest Nickel und Die bekannten gegenüber Brennsioffasehen hei

Verunieinigungen einschließlich höchstens 0,3% hohen Temperaturen beständigen Chrom-Nickel-Le-Sückstoff sowie Niob, Titan und Tantal einzeln gierungen besitzen im Guözustand eine mäßige, in oder nebeneinander in einer Menge, die zum Ab- ihrer Bruchdehnung beim Zugversuch zum Ausdruck bini'eri des Stickstoffs ausreicht, darüber hinaus io kommende Dukülität. Nach einem iangzeitigen Glühen insgesamt mindestens 0,2% freies Niob, Titan und bei Temperaturen von 700 bis 900^a C fällt die Duktilität Tantal ergibt und der Gleichung bei Raumtemperatur jedoch auf sehr niedrige Werte

ab. Dabei wird die Legierung zumeist so spröde, daß