DE2051609B2 - Use of an austenitic stainless steel as a material for the production of welded pressure vessels for cryogenic operation and the production of cold-drawn wire-shaped molded bodies - Google Patents
Use of an austenitic stainless steel as a material for the production of welded pressure vessels for cryogenic operation and the production of cold-drawn wire-shaped molded bodiesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls, der aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkessel für den kryogenen Betrieb, die sowohl eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur als auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen aufweisen, sowie als Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78° K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in siedenen Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen. The invention relates to the use of an austenitic stainless steel consisting of 15.5 to 20% chromium, 11 up to 15% manganese, 1.1 to 3.75% nickel, less than 0.01 to 0.11% carbon, 0.28 to 0.38% nitrogen, the remainder Iron with impurities caused by the smelting exists as a material for the production of welded pressure vessel for cryogenic operation, which has both high strength at room temperature as also have good toughness and stability at cryogenic temperatures, and as a material for the Production of cold-drawn wire-shaped moldings with good toughness at 78 ° K, a good one Resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media and good cold hardening properties.
Aus der deutschen Auslegungsschrift 12 61 677 sind nicht-magnetisierbare, austenitische Chrom-Mangan-Stahllegierungen bekannt, die aus 10 bis 20% Chrom, 12 bis 25% Mangan, bis zu 5% Nickel, bis 0,25% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,5% Stickstoff und Rest Eisen mit Verunreinigungen bestehen. Diese Stahllegierungen eignen sich als Werkstoff für die Herstellung von Schwerstangen für Tiefbohrgestänge, die durch KaItverformung auf eine Streckgrenze von mindestens 70 kg/mm2 gebracht werden.From the German interpretation 12 61 677 non-magnetizable, austenitic chromium-manganese steel alloys are known, which consist of 10 to 20% chromium, 12 to 25% manganese, up to 5% nickel, up to 0.25% carbon, 0.05 up to 0.5% nitrogen and the remainder iron with impurities. These steel alloys are suitable as a material for the production of drill collars for deep drilling rods, which are brought to a yield point of at least 70 kg / mm 2 by cold deformation.
Auch aus »ASM Picprint 29« Band 47, 1954, der US-Patentschrift 27 78 731 und »ASTM Special Technical Publication 369«, 1963, sind Nickel enthaltendeAlso from "ASM Picprint 29" Volume 47, 1954, der US Pat. No. 2,778,731 and "ASTM Special Technical Publication 369", 1963, are nickel-containing
r)r> Chrom-Mangan-Stahllegierungen bekannt, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Kalthärtungsgeschwindigkeit aufweisen. Diese hochfesten austenitischen Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt eignen sich jedoch nur begrenzt für einen kryogenen Betrieb, weil r ) r > Chromium-manganese steel alloys known, which have a high strength and a high cold hardening rate. However, these high-strength austenitic alloys with a low nickel content are only of limited suitability for cryogenic operation because
M) sie beim Verformen in Martensit übergehen und daher eine geringe Beständigkeit gegen Ermüdung aufweisen. Zwar ist es möglich, durch Erhöhung ihres Nickelgehaltes .ihre Utnwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen teilweise zu verhindern, die BelastbarkeitM) they transform into martensite when deformed and therefore have a low resistance to fatigue. It is possible, by increasing their nickel content, to convert them to martensite in the case of cryogenic Temperatures partially prevent the resilience
ti1; der dabei erhaltenen Stahllegierungen ist jedoch begrenzt, da sie bei Raumtemperatur nur eine verhältnismäßig geringe Festigkeit besitzen. Außerdem sind derartige Stahllegierungen wegen ihres verhältnis-ti 1 ; The steel alloys obtained in this way are limited, however, since they only have a relatively low strength at room temperature. In addition, such steel alloys are because of their relative-
mäßig hohen Nickelgehaltes sehr teuer. Allen diesen bekannten Siahllegierungen ist ferner gemeinsam, daß sie eine verhältnismäßig geringe Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion bei kryogenen Temperaturen und in siedenden Chloridmedien besitzen, selbst wenn sie 5 bis 15% Nickel enthalten.moderately high nickel content very expensive. All these known steel alloys also have in common that they have a relatively low resistance to stress corrosion cracking at cryogenic temperatures and in boiling chloride media, even if they contain 5 to 15% nickel.
Aufgabe der Erfindung war es daher, einen verhältnismäßig niedriglegierten, voll austenitischen rostfreien Stahl vorzuschlagen, der auf Grund seiner spezifischen kritischen Zusammensetzung eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, nämlich eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung, eine gute Zähigkeit und Stabilität gegen Umwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen, eine gute Allgemeinkorrosionsbeständigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion, ausgezeichnete Schweißeigenschaften, sowie die Fähigkeit besitzt, bis zu einer sehr hohen Festigkeit kahgehärtet zu werden, so daß er als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb und für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Fonnkörpern mit den gewünschten Eigenschaften verwendet werden kann.The object of the invention was therefore to provide a relatively low-alloy, fully austenitic stainless steel To propose steel which, due to its specific critical composition, is a unique combination of properties, namely high strength at room temperature, good resistance to Fatigue, good toughness and stability against transformation to martensite at cryogenic temperatures, good general corrosion resistance, good resistance to stress corrosion cracking, excellent Welding properties, as well as the ability to kahhardened to a very high strength to become so that it can be used as a material for the manufacture of welded pressure vessels for the cryogenic Operation and for the production of cold-drawn wire-shaped shaped bodies with the desired Properties can be used.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch Verwendung eines austenitischcn rostfreien Stahls, der aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb die sowohl eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur als auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen aufweisen, sowie als Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78° K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in siedenden Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen.It has now been found that this object can be achieved according to the invention through use an austenitic stainless steel, which consists of 15.5 up to 20% chromium, 11 to 15% manganese, 1.1 to 3.75% nickel, less than 0.01 to 0.11% carbon, 0.28 to 0.38% nitrogen, the remainder iron with impurities from the melting process, is used as the material for the Manufacture of welded pressure vessels for cryogenic operation with both high strength Have room temperature as well as good toughness and stability at cryogenic temperatures, and as a material for the production of cold-drawn wire-shaped molded bodies with a good Toughness at 78 ° K, good resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media and good cold hardening properties.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl besitzt auf Grund der Abstimmung seiner Gehalte an Chrom, Mangan, Nickel, Kohlenstoff und Stickstoff aufeinander eine einzigartige Kombination von vorteilhaften Eigenschaften, nämlich eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung, eine gute Zähigkeit und Stabilität gegen Umwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen, eine gute Allgemeinkorrosionsbeständigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion in siedenden Chloridmedien, ausgezeichnete Schweißeigenschaften sowie die Fähigkeit, bis zu einer sehr hohen Festigkeit kaltgehärtet zu werden.The steel to be used according to the invention has, due to the coordination of its chromium content, Manganese, nickel, carbon and nitrogen on each other a unique combination of beneficial properties, namely, high strength at room temperature, good resistance to fatigue, a good toughness and stability against transformation to martensite at cryogenic temperatures, good General corrosion resistance, good resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media, excellent welding properties as well as the ability to achieve a very high level of strength to be cold hardened.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält der erfindungsgemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl vorzugsweise 11 bis 13,5% Mangan, vorzugsweise 1,1 bis 3,5% Nickel, vorzugsweise 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,30 bis 0,34% Stickstoff und vorzugsweise 17 bis 19% Chrom. Außerdem kann der erfindungigemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl vorzugsweise Vanadin/ oder Niob in einer Menge von 0,1 bis 0,5% enthalten und in ihm können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt sein. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann ferner zusätzlich noch bis zu 0,010% Bor enthalten.According to a preferred embodiment, the austenitic stainless steel to be used according to the invention contains Steel preferably 11 to 13.5% manganese, preferably 1.1 to 3.5% nickel, preferably 0.03 to 0.10% carbon, preferably 0.30 to 0.34% nitrogen and preferably 17 to 19% chromium. In addition, the austenitic stainless steel to be used according to the invention can preferably be vanadium / or niobium in an amount of 0.1 to 0.5% and in it can according to a further preferred According to the invention, up to 3.5% chromium in a ratio of 1: 1 can be replaced by molybdenum. Of the Steel to be used according to the invention can also contain up to 0.010% boron.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht der erfindungsgemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 038% Stickstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht er aus 17 bis 19% Chrom, 11 bis 13,5% Mangan, 1,1 bis 3,5% Nickel, 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, 030 bis 0,34% Stickstoff, bis zu 0,040%According to a further preferred embodiment, there is the austenitic to be used according to the invention stainless steel from 15.5 to 20% chrome, 11 to 15% Manganese, 1.1 to 3.75% nickel, less than 0.01 to 0.11% Carbon, 0.28 to 038% nitrogen, up to 0.040% phosphorus, up to 0.030% sulfur, up to 1.0% silicon, The remainder is iron with impurities from the melting process, and according to a further preferred embodiment according to the invention it consists of 17 to 19% chromium, 11 up to 13.5% manganese, 1.1 to 3.5% nickel, 0.03 to 0.10% Carbon, 030 to 0.34% nitrogen, up to 0.040%
ίο Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. ίο phosphorus, up to 0.030% sulfur, up to 1.0% silicon, The remainder is iron with impurities from the melting process.
Wenn es auf eine besonders hohe Allgemeinkorrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit ankommt, können in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt werden. Das Molybdän setzt jedoch die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen herab. Zur Erhöhung der Festigkeit können Niob und/oder Vanadin in Mengen von jeweils 0,1 bis 0,5% zugegeben werden. Zur Erhöhung der Warmhärtbarkeit kann Bor in Mengen bis zu 0,010% zugegeben werden.When it comes to particularly high general corrosion resistance and high temperature resistance, can in the steel to be used according to the invention up to 3.5% chromium in a ratio of 1: 1 through Molybdenum to be replaced. However, the molybdenum reduces the toughness at cryogenic temperatures. To the To increase the strength, niobium and / or vanadium can be added in amounts of 0.1 to 0.5% each will. To increase the heat hardenability, boron can be added in amounts up to 0.010%.
Die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Nickel und Stickstoff sowie deren chemisches Gleichgewicht sind in jedem Falle kritisch. Wenn eines dieser Elemente weggelassen wird oder wenn ihre kritischen Gehalte nicht eingehalten werden, gehen eine oder mehrere der erwünschten Eigenschaften verloren. Der iCohlenstoffgehalt der Stähle beträgt vorzugsweise mindestens etwaThe elements carbon, manganese, chromium, nickel and nitrogen and their chemical equilibrium are critical in any case. If any of these elements are omitted or if their critical contents are not adhered to, one or more of the desired properties are lost. The carbon content of steels is preferably at least about
jo 0,03%, um dem Stahl die erforderliche Festigkeit zu verleihen und um als Austenitbilder zu wirken. Auf bestimmten Anwendungsgebieten kann der Kohlenstoffgehalt 0,03% und sogar 0,01% unterschreiten, da man sich darauf verlassen kann, daß Stickstoff einen entsprechenden Einfluß auf die Eigenschaften des Stahls ausübt. Ein maximaler Kohlenstoffgehalt von 0,10% ist bevorzugt. Höhere C-Gehalte als 0,11% sind unzweckmäßig, da hierdurch die Allgemeinkorrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit sowie die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen beeinträchtigt werden.jo 0.03% to give the steel the required strength and to act as austenite images. In certain areas of application, the carbon content Go below 0.03% and even 0.01%, since you can rely on nitrogen to make you has a corresponding influence on the properties of the steel. A maximum carbon content of 0.10% is preferred. C contents higher than 0.11% are inappropriate, because this contributes to the general corrosion resistance and weldability as well as the toughness cryogenic temperatures are affected.
Um eine vollständig austenitische Struktur zu gewährleisten und um den Stickstoff in Lösung zu halten, sind mindestens 11% Mangan erforderlich. Höhere Mangangehalte als 15% und vorzugsweise als 13,5% sind unzweckmäßig, da sie infolge von Manganverlusten beim Schmelzen die Kosten erhöhen und da Mangandazuneigt.eineWarmbrüchigkeithervorzurufen. Chrom wird in Mengen von mindestens 15,5% benötigt, um der Legierung die erforderliche Korrosionsbeständigkeit zu verleihen und um in Kombination mit Mangan den Stickstoff in Lösung zu halten. Mehr als 20% Chrom können bei den angegebenen Kohlenstoff-, Mangan-, Nickel- und Stickstoffgehalten nicht toleriert werden, da Chrom ein Ferritbildner ist und ein größerer als etwa 2%iger Ferritgehalt aus Gründen einer guten Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen vermieden werden muß. Aus diesen Gründen ist ein maximaler Chromgehalt von etwa 18% bevorzugt.To ensure a completely austenitic structure and to keep the nitrogen in solution hold, at least 11% manganese is required. Manganese levels higher than 15% and preferably than 13.5% is unsuitable because it increases costs due to manganese losses during melting and there Manganda tends to induce heat fragility. Chromium is used in amounts of at least 15.5% needed to give the alloy the required corrosion resistance and in combination with manganese to keep the nitrogen in solution. More than 20% chromium can be used in the specified carbon, Manganese, nickel and nitrogen contents cannot be tolerated, since chromium is a ferrite former and a larger one than about 2% ferrite content avoided for reasons of good toughness at cryogenic temperatures must become. For these reasons, a maximum chromium content of about 18% is preferred.
Die Anwesenheit von Nickel in Mengen vonThe presence of nickel in amounts of
bo mindestens 1,1% ist sowohl wegen seiner Funktion als Austenitbildner als auch wegen seiner zähigkeitserhöhenden Wirkung bei kryogenen Temperaturen von wesentlicher Bedeutung. Höhere Nickelgehalte als 3,75% führen nicht mehr zu einer Zähigkeitserhöhungbo at least 1.1% is due both to its function as Austenite former as well as because of its toughness-increasing effect at cryogenic temperatures of essential. Nickel contents higher than 3.75% no longer lead to an increase in toughness
b5 und sind folglich unzweckmäßig. Darüber hinaus machen Nickelgehalte von mehr als 3,75% die Legierung für Spannungskorrosionsbrüche anfällig. Im übrigen ist es wegen des hohen Nickelpreisesb5 and are therefore inexpedient. In addition, nickel contents in excess of 3.75% make up the Alloy prone to stress corrosion cracking. Besides, it is because of the high price of nickel
zweckmäßig, den Nickelgehalt so niedrig zu halten, wie es die Wechselbeziehung der anderen Elemente mit Nickel ohne Beeinträchtigung der gewünschten Eigenschaften eben noch zuläßt.expedient to keep the nickel content as low as the interrelation of the other elements with it Nickel without impairing the desired properties.
Um eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur zu erreichen, werden mindestens 0,23% Stickstoff benötigt. Daneben ist Stickstoff ein starker Austenitbildner; somit werden also bei den angegebenen Kohlenstoff-, Mangan- und Nickelgehalten mindestens O,2feD/o Stickstoff benötigt Mehr als 038% Stickstoff können nicht toleriert werden, da dann die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen abnimmt, Schmelzen mit Gaseinschlüssen erhalten werden und eine Porosität der Schweißnähte auftrittTo achieve high strength at room temperature, at least 0.23% nitrogen is required. In addition, nitrogen is a strong austenite former; Thus, with the specified carbon, manganese and nickel contents, at least 0.2fe D / o nitrogen is required Welds occurs
Die obigen Ausführungen zeigen, daß ein ausgewogenes Gleichgewicht hinsichtlich der Mengen an den wesentlichen Elementen eingehalten werden muß und daß die Wechselbeziehung der einzelnen Bestandteile innerhalb der angegebenen Grenzen zu einer neuen Kombination von Eigenschaften führt Daraus ist ferner zu entnehmen, daß bestimmte Abänderungen innerhalb der angegebenen Grenzen zu einer Legierung mit optimalen Eigenschaften zur kryogenen Verwendung führen, während andere Änderungen zu einer Legierung mit optimalen Allzweckeigenschaften, z. B. zur Herstellung von hochfesten Federdrähten, führen.The above shows that a good balance in terms of the amounts of the essential elements must be observed and that the interrelationship of the individual components leads to a new combination of properties within the specified limits it can be seen that certain modifications within the specified limits to an alloy with optimal properties lead to cryogenic use, while other changes lead to an alloy with optimal all-purpose properties, e.g. B. lead to the production of high-strength spring wires.
Eine bevorzugte Legierung für kryogene Anwendungsgebiete hat die nachfolgend angegebene Zusammensetzung: A preferred alloy for cryogenic areas of application has the following composition:
0,05% Kohlenstoff, 13% Mangan, 18% Chrom, 3,0% Nickel, 0,32% Stickstoff, erschmelzungsbedin{.te Mengen an Phosphor, Schwefel und Silicium und Rest Eisen.0.05% carbon, 13% manganese, 18% chromium, 3.0% nickel, 0.32% nitrogen, amounts due to melting of phosphorus, sulfur and silicon and the remainder iron.
Eine weitere bevorzugte Legierung zur kryogenen Verwendung mit einer besonders günstigen Kombination von hoher Festigkeit bei Raumtemperatur, guter Stabilität gegen eine Umwandlung in Martensit und guter Zähigkeit bei 78° K sowie ausgezeichneter Schweißbarkeit hat die folgende Zusammensetzung:Another preferred alloy for cryogenic use with a particularly favorable combination of high strength at room temperature, good stability against transformation into martensite and good toughness at 78 ° K and excellent weldability has the following composition:
0,05 Kohlenstoff, 13,5% Mangan, 18% Chrom, 3,5% Nickel, 0,35% Stickstoff, bis zu 0,50% Vanadium und/oder Niob, erschmelzungsbedingte Mengen an Phosphor, Schwefel, Silicium und Rest Eisen.0.05% carbon, 13.5% manganese, 18% chromium, 3.5% nickel, 0.35% nitrogen, up to 0.50% vanadium and / or niobium, amounts of phosphorus, sulfur, silicon and the remainder iron due to the melting process.
Eine bevorzugte Legierung zur Herstellung von kaltgezogenen Federdrähten mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1550 MN/m2 hat die folgende Zusammensetzung: A preferred alloy for the production of cold-drawn spring wires with a tensile strength of more than 1550 MN / m 2 has the following composition:
0,10% Kohlenstoff, 12% Mangan, 18,5% Chrom, 1,5% Nick'.l, 0,35% Stickstoff, erschmelzungsbedingte Mengen an Phosphor, Schwefel und Silicium und Rest Eisen.0.10% carbon, 12% manganese, 18.5% chromium, 1.5% Nick'.l, 0.35% nitrogen, amounts due to the melting process of phosphorus, sulfur and silicon and the remainder iron.
Die unter kryogenen Betriebsbedingungen zulässigen Belastungen beruhen auf den Zug- und Streckgrenzenwerten bei Raumtemperatur, der prozentualen Dehnung und Einschnürung bei Raumtemperatur, · der Schlagfestigkeit bei 78° K und dem Grad der Umwandlung in Martensit, gemessen als magnetische Umwandlung. The permissible loads under cryogenic operating conditions are based on the tensile and yield strength values at room temperature, the percentage elongation and necking at room temperature, · the Impact strength at 78 ° K and the degree of conversion to martensite, measured as magnetic conversion.
Mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen wurden im Vergleich zu bekannten kryogenen Legierungen und zu Legierungen mit Chromgehalten über und unter den Chromgehalten der erfindungsge- bo maß zu verwendenden Legierungen und mit Mangangehalten unter den Mangangehalten der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, jedoch mil den übrigen Bestandteilen innerhalb der für die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle angegebenen Grenzen, derartige b5 Tests durchgeführt. Die Zusammensetzungen der verschiedenen untersuchten Legierungen sind in der folgenden Tabelle I angegeben; die genannten Eigenschaften der in der Tabelle 1 angegebenen Legierungen sind in der folgenden Tabelle Il zusammengestelltWith the alloys to be used according to the invention, compared to known cryogenic Alloys and alloys with chromium contents above and below the chromium contents of the invention measure to be used alloys and with manganese contents below the manganese contents of the invention alloys to be used, but with the other constituents within the limits for the according to the invention used steels specified limits, such b5 Tests carried out. The compositions of the various alloys examined are in the given in Table I below; the specified properties of the alloys given in Table 1 are compiled in the following table II
Zusätzlich zu den Untersuchungen hinsichtlich der mechanischen und metallurgischen Eigenschaften der Legierungen wurden die Proben 1 bis 14 und 17 bis 22 in siedendem Magnesiumchlorid (MgCb) auf ihr Spannungsrißkorrosionsverhalten hin untersucht Die Probe stücke wurden durch Anbringen von Schmelzschweißungen an gegenüberliegenden Seiten von 25,4 mm Rundstäben hergestellt Hierbei wurden in den äußeren Fasern der Probestücke Zugspannungen hervorgerufen. Während sämtliche Proben der ersten Gruppe (1 bis 14) innerhalb von 24 h keine Anzeichen einer Rißbildung zeigten, war bei sämtlichen Proben der zweiten Grappe (17 bis 22) innerhalb dieser Zeit eine Rißbiidung zu beobachten. Der hauptsächliche Unterschied in der chemischen Zusammensetzung der beiden Gruppen ist ihr Nickelgehalt. Aus den Ergebnissen dieser Versuche geht hervor, daß bei einem Nickelgehalt von über 3,75% die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion abnimmt In addition to the investigations into the mechanical and metallurgical properties of the Alloys were samples 1 through 14 and 17 through 22 in boiling magnesium chloride (MgCb) for their stress corrosion cracking behavior The test pieces were examined by applying fusion welds on opposite sides of 25.4 mm round rods were produced Fibers of the test pieces caused tensile stresses. While all rehearsals of the first group (1 to 14) showed no signs of cracking within 24 hours was in all samples of the second Grappe (17 to 22) a crack formation can be observed within this time. The main difference in the chemical composition of the two groups is their nickel content. From the results of these experiments It can be seen that with a nickel content of more than 3.75% the resistance to stress corrosion cracking decreases
Sämtliche Chargen wurden in einem Induktionsofen erschmolzen, dann warmverformt und bei 1340° K eine halbe Stunde lang angelassen und mit Wasser abgeschreckt.All batches were melted in an induction furnace, then thermoformed and at 1340 ° K a Left on for half an hour and quenched with water.
Die in der Tabelle II enthaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Festigkeit bei Raumtemperatur der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen beträchtlich höher ist als diejenige der Vergleichslegierungen. Die Zähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle bei 78° K ist nicht so hoch wie die Zähigkeit der Vergleichsstähle; in diesem Zusammenhang sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Zähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle für kryogene Betriebsbedingungen vollständig ausreicht, da ein Mindestwert von 20,3. Joule beim Charpy-Schlagfestigkeitsversuch mit V-Kerbe bei einer Temperatur von 78° K als ausreichend angesehen wird.The results contained in Table II show that the strength at room temperature of the alloys to be used according to the invention is considerable is higher than that of the comparative alloys. The toughness of those to be used in accordance with the invention Steels at 78 ° K is not as high as the toughness of the comparative steels; in this context, however pointed out that the toughness of the steels to be used according to the invention for cryogenic operating conditions completely sufficient, since a minimum value of 20.3. Joules in the Charpy impact test with a V-notch at a temperature of 78 ° K is considered sufficient.
Aus der Tabelle II ergibt sich ferner, daß fünf erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen beim Verformen bei einer Temperatur von 78° K eine geringfügige magnetische Umwandlung zeigen, während die restlichen erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen nur eine äußerst geringe magnetische Umwandlung aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigen die Vergleichslegierungen infolge Umwandlung in Martensit eine starke Magnetisierbarkeit.From Table II it can also be seen that five alloys to be used according to the invention in While deforming at a temperature of 78 ° K will show a slight magnetic conversion the remaining alloys to be used according to the invention have only an extremely low magnetic level Exhibit conversion. In contrast, the comparative alloys show conversion to martensite as a result a strong magnetizability.
Die Vergleichsprobe 19 besitzt trotz ihres beträchtlichen höheren Gehalts an Legierungsbestandteilen, insbesondere Nickel und Mangan, Eigenschaften bei Raumtemperatur und Zähigkeitswerte bei 780K, die sich mit den entsprechenden Werten der erfindungsgtmäß zu verwendenden Legierungen vergleichen lassen.In spite of its considerably higher content of alloy components, in particular nickel and manganese, the comparative sample 19 has properties at room temperature and toughness values at 78 ° K, which can be compared with the corresponding values of the alloys to be used according to the invention.
Die Proben 10 und 11, die Mangan in geringeren Mengen enthalten, als sie bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen erforderlich sind, besaßen eine unbrauchbar niedrige Zähigkeit bei 78° K und gingen bei Raumtemperatur in Martensit über. Durch diese Ergebnisse wird die Notwendigkeit eines M^ngangehalts von mindestens 11,0% gezeigt.Samples 10 and 11, the manganese in lesser amounts Contain amounts than are required for the alloys to be used according to the invention possessed an unusually low toughness at 78 ° K and converted to martensite at room temperature. By These results show the need for a minimum of 11.0% waste.
Hohe Chromgehalte (Proben 12 und 13) führten zu einer Zweiphasenstruktur mit einem großen prozentualen Ferritanteil und zu einer unbrauchbar niedrigen Schlagfestigkeit bei 78° K.High chromium contents (samples 12 and 13) resulted in a two phase structure with a large percentage Ferrite content and an unusually low impact resistance at 78 ° K.
Schließlich zeigte die einen Chromgehalt unterhalb der erforderlichen Mindestmenge von 15,5% aufweisende Probe 14 eine unbrauchbar niedrige Schlagfestigkeit bei 78° K.Finally, the one exhibiting a chromium content below the required minimum amount of 15.5% Sample 14 has an unusually low impact strength at 78 ° K.
Zusammensetzung der verschiedenen untersuchten Stähle*)Composition of the different steels examined *)
-·) Bei den Proben 1 bis 14 betrug der Phosphorgehalt 0,007 bis 0,027%, der Schwefelgehalt 0,010 bis 0,029% und de/ S!!icmmgeha!t0,21 bis 0,54%.- ·) In samples 1 to 14 the phosphorus content was 0.007 to 0.027%, the sulfur content 0.010 to 0.029% and de / S !! icmmgeha! T 0.21 to 0.54%.
ίοίο
Fortsetzungcontinuation
Vergl.-Leg. mitComp. Leg. with
niedrigemlow
Mn-GehaltMn content
desgl.the same
795795
455455
6767
870870
448448
5151
1312th
13th
hohem Cr-Gehalt
desgl.Comp. Leg. with
high Cr content
the same
785765
785
1514th
15th
niedrigem
Cr-Gehalt
Vsrgl.-Leg.Comp. Leg. with
low
Cr content
Comp. Leg.
640820
640
2019th
20th
desgl.the same
the same
593780
593
2221
22nd
desgl.the same
the same
710613
710
510 538 455510 538 455
318 270 372 338318 270 372 338
420 314420 314
310 400310 400
68
63
6868
63
68
70
71
70
7070
71
70
70
69
6969
69
6969
7070
1212th
106106
138138
8787
137137
54
149 54
149
135
102135
102
*) Die Schlagfestigkeitswerte bei Raumtemperatur überstiegen bei sämtlichen Proben 135 Joule.*) The impact strength values at room temperature exceeded 135 joules for all samples.
Umwand lung bei Raumtemperatur Conversion at room temperature
Umwand lung bei Raumtempe ratur 35% FerritConversion at room temperature 35% ferrite
20% Ferrit20% ferrite
geringsmall amount
Umwand lungConversion
Umwand lungConversion
Umwand lung Umwand lungConversion Conversion
Umwand lung geringConversion low
sehr geringvery low
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl erwies sich als hochfest; er kann bei einem Endzug mit geringfügig mehr als 40%iger Querschnittsabnahme bis zu einer Zugfestigkeit von 1515 bis 1725 MN/m2 und einer Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von mindestens 1240 MN/rn2 gezogen werden. Die Kalthärtungsfähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legieren- bo gen ist beträchtlich größer als die der bekannten Legierungen. Hinsichtlich der anderen physikalischen Eigenschaften lassen sich die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle ohne weiteres mit den bekannten Stählen vergleichen. Die höhere Kalthärtbarkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle ermöglicht es, in einem einzigen Zug einen Stahl bis auf die Grunddicke zu ziehen, wohingegen der bekannte Stahl eine Gesamtkaltverformung in der Größenordnung von 60% erfordert, um eine Zugfestigkeit von 1515 MN/m2 zu erreichen.The steel to be used according to the invention was found to be high strength; he can at a target tension of slightly more than 40% strength by cross sectional reduction up to a tensile strength of 1515 to 1725 MN / m 2 and a yield strength (0.2% yield strength) of at least 1240 MN / rn are drawn. 2 The cold hardening capacity of the alloy arcs to be used according to the invention is considerably greater than that of the known alloys. With regard to the other physical properties, the steels to be used according to the invention can easily be compared with the known steels. The higher cold hardenability of the steels to be used according to the invention makes it possible to pull a steel down to the basic thickness in a single pull, whereas the known steel requires a total cold deformation of the order of 60% in order to achieve a tensile strength of 1515 MN / m 2 .
Eine Schmelze der Zusammensetzung 18,6% Chrom, 11,9% Mangan, 1,6% Nickel, 0,11% Kohlenstoff, 038% Stickstoff, 0,015% Phosphor, 0,010% Schwefel, 0,60% Silicium, Rest Eisen, wurde auf ihre mechanischen Kaltzieheigenschaften hin untersucht Die (bei Raumtemperatur erhaltenen) Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben. Sie wurden mit einem nichtgerichteten Draht, gezogen aus einem 835 mm Rundstab, der eine halbe Stunde lang bei 13400K angelassen und anschließend mit Wasser abgeschreckt worden war, erhalten. Die Anlaßhärte betrug 98 HRB.A melt of the composition 18.6% chromium, 11.9% manganese, 1.6% nickel, 0.11% carbon, 038% nitrogen, 0.015% phosphorus, 0.010% sulfur, 0.60% silicon, balance iron investigated for their mechanical cold-drawing properties. The results (obtained at room temperature) are given in Table III below. They were with a non-directional wire, drawn from a 835 mm round bar, which had been started for half an hour at 1340 0 C and then quenched with water is obtained. The tempering hardness was 98 HRB.
%-Kaltverformung Zugfestigkeit% Cold deformation tensile strength
(MN/m2)(MN / m 2 )
Raumtemperatur
(0,2 %-Dehngrenze)
(MN/m2)Yield point at
Room temperature
(0.2% yield strength)
(MN / m 2 )
Meßlänge% Elongation in 5 cm
Measuring length
Härte CRockwell
Hardness C
1020
1170
1310
1480
1640
18301020
1170
1310
1480
1640
1830
Der 6,35 mm Rundstab, von dem ausgegangen wurde, wurde aus einem quadratischen Barren mit 10,2 χ 10,2 cm Querschnittsfläche hergestellt. Der Barren besaß eine Zugfestigkeit von 800 MN/m2, eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 448 MN/m2, eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 53%, eine Einschnürung von 73,5% und eine Härte von 96 HRB.The 6.35 mm round rod that was assumed was made from a square bar with a 10.2 χ 10.2 cm cross-sectional area. The bar had a tensile strength of 800 MN / m 2 , a yield point (0.2% proof stress) of 448 MN / m 2 , an elongation in 5 cm measuring length of 53%, a necking of 73.5% and a hardness of 96 HRB.
Der 6,35 mm Rundstab besaß nach einem entsprechenden Anlassen und nach dem Abschrecken mit Wasser eine Zugfestigkeit von 825 MN/m2, eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 442 MN/m2, eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 63%, eine Einschnürung von 69% und eine Härte von 98 HRB.The 6.35 mm round rod had a tensile strength of 825 MN / m 2 , a yield point (0.2% proof stress) of 442 MN / m 2 , an elongation in 5 cm measuring length of 63 after a corresponding tempering and quenching with water %, a necking of 69% and a hardness of 98 HRB.
Ein aus einem 10,2 cm Barren (Vierkantbarren) warmgewalzter 6,35 mm Rundstab besaß eine Zugfestigkeit von 1140 MN/m2, eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 895 MN/m2, eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 38%, eine Einschnürung von 60% und eine Härte von 36 HRC.A 6.35 mm round bar hot-rolled from a 10.2 cm bar (square bar) had a tensile strength of 1140 MN / m 2 , a yield point (0.2% proof stress) of 895 MN / m 2 , an elongation in 5 cm measuring length of 38%, a necking of 60% and a hardness of 36 HRC.
Ein Stahlwickel wurde zu einem 2,5 mm Rundstab verarbeitet, bei 13100K angelassen, gebeizt und mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m/min mit einer Querschnittsabnahme von 43% in einem einzigen Zug zu einem 1,9 mm Rundstab verarbeitet. Die erhaltene Zugfestigkeit betrug 1515 MN/m2. Vergleichsweise war beim Versuch, aus einem Vergleichs-Stahl einen Draht der gleichen Dicke zu ziehen, eine Gesamtverformung von 58% erforderlich, um eine Zugfestigkeit von 1515 MN/m2 zu erreichen. Dies erforderte zwei Zühe, den ersten mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m/min und den zweiten mit einer Geschwindigkeit von 18,3 m/min, um Oberflächenfehler am Draht zu vermeiden.A steel sleeve was processed into a 2.5 mm rod, annealed at 1310 0 C, and stained with a speed of 30.5 m / min with a cross-sectional reduction of 43% in a single train processed into a 1.9 mm round bar. The tensile strength obtained was 1515 MN / m 2 . For comparison, an attempt to draw a wire of the same thickness from a comparative steel required a total deformation of 58% in order to achieve a tensile strength of 1515 MN / m 2 . This required two pulls, the first at a speed of 30.5 m / min and the second at a speed of 18.3 m / min to avoid surface defects on the wire.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl läßt sich durch Schmelzen im elektrischen Ofen, entweder unter Luftzutritt oder im Vakuum, herstellen. Er kann weiterThe steel to be used according to the invention can be melted in an electric furnace, either under Provide access to air or in a vacuum. He can go on
Je· vergütet werden, beispielsweise durch Entgasen im Vakuum, und zu Rohblöcken vergossen oder kontinuierlich zu Brammen vergossen werden. Hierauf wird der Stahl in der Regel zu Platten, Blechen, Bändern, Stangen, Stäben oder Draht, z. B. Federdraht oder Schweißdraht, warm- und kaltverformt. In einigen Fällen kann der Stahl im gegossenen oder geschmiedeten Zustand verwendet oder zu Formkörpern verarbeitet werden, die dann verschweißt werden.Each · are remunerated, for example by degassing in the Vacuum, and cast into ingots or continuously cast into slabs. Then the Steel is usually made into plates, sheets, strips, rods, rods or wire, e.g. B. spring wire or Welding wire, hot and cold formed. In some cases the steel can be cast or forged State used or processed into molded bodies, which are then welded.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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