DE2124687A1 - Korrosionsbeständige, ferritische Eisen-Chrom-Molybdän-Legierungen - Google Patents

Description

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A.

Korrosionsbeständige, ferritische Eisen-Chrom-Molybdän-Legierungen

Offenbart wird eine ferritische Legierung, welche, in allgemeinen Bereichen angegeben, 22 bis 35 % Chrom, 1,8 bis 6,2 % Molybdän, maximal 100 Teile je Million Kohlenstoff und maximal 200 Teile je Million Stickstoff enthält, wobei die Summe des Kohlenstoff- und Stickstoffgehalts maximal 450 Teile je Million beträgt, und welche eine natürliche Nachschweissdehnbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft korrosionsbeständige, ferritische Legierungen und insbesondere Eisen-Chrom-Molybdän-Legierungen mit guter Nachschweissdehnbarkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit.

In der frühen Entwicklungsphase der rostfreien Stähle waren Chromstähle, die 12 bis 1*\ % Cr und 1 bis 4 Jg C enthielten, die ersten Massenprodukte. Bald wurden Versuche angestellt, um die Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit durch Zusatz

109853/ 1 U6
- 1 -

ED-26OA *v

von Molybdän zu verbessern (britisches Patent 18 212, erteilt am 9. Juli 1914); es wurde jedoch festgestellt, dass Molybdän, wenn es in für die Passivierung der Legierung ausreichender Menge angewandt wird, die Legierung zu hart und brüchig macht. Die Brüchigkeit, die durch den Mo-Zusatz beigesteuert wird, wurde von Reitζ et al. in den USA-Patentschriften 2 110 891 und 2 207 55*» bestätigt. In der USA-Patentschrift 2 183 715 (Frank) sind Zusätze von 1 bis 5 % Mo zu Eisen-Chrom-Legierungen beschrieben. Es ist aber dort auch angegeben, dass gefunden wurde, dass dieser Zusatz ungenügend ist, um sogar die milde Beanspruchung, wie sie dort angewandt wird, auszuhalten, so dass zur Lösung der dort aufgetretenen Probleme des Lochfrasses (pitting corrosion) der Zusatz von Niob in mindestens der ^fachen Menge des Kohlenstoff gehaltes empfohlen wird. Schliesslich berichtete Moneypenny in Stainless Iron and Steel, Band 1, Chapman & Hall, London 19^7, Seite 48 über diese Arbeiten, die zur gleichen Zeit in Deutschland mit dem Ziel durchgeführt wurden, die Brauchbarkeit von Eisen-Chrom-Legierungen durch Zusatz von etwa 2 % Mo zu verbessern. Obwohl die Beständigkeit gegenüber Korrosion durch eine Anzahl von organische Säuren und von anderen Verbindungen, wie berichtet wurde, insbesondere bei Cr-Gehalten von oberhalb etwa 18 %_t ausgeprägt gesteigert wurde, wurden die mechanischen Eigenschaften nicht verbessert. So wurden die Legierungen als brüchig bei der Kerbschlagprobe und als einem ausgeprägten Kornwachstum ausgesetzt, wenn sie beispielsweise während des Schweissens auf hohe Temperaturen erhitzt werden, klassifiziert.

Es wurde bis zum heutigen Tage allgemein anerkannt, dass Fe-Cr-Legierungen als Klasse in oder in Nachbarschaft zu Schweissnähten einen hohen Grad von Brückigkeit entwickeln. Diese Unzulänglichkeit hat die Verwendungsmöglichkeit derjenigen Legierungen, die mehr als etwa 20 % Cr enthalten, Überall dort eingeschränkt, wo ein Schweissen wesentlich ist, zum Beispiel bei der Herstellung

10.9853/1146

von Gefässen für chemische Verfahren oder von anderen Gefässen, Rohren und ähnlichen Betriebsanlagen.

Frühzeitig gelang es Forschern, die Anschlagsprödigkeit von ferritischen Chromlegierungen dadurch herabzusetzen, dass sie den Kohlenstoff/Stickstoff-Gesamtgehalt auf maximal etwa 0,023 % begrenzten (vergl. USA-Patentschrift 2 624 671)j jedoch behauptete sich eine ausgeprägte Nachsehweissbrüchigkeit, und in der USA-Patentschrift 2 624 670 wurde berichtet, dass es zur Behebung der Schwierigkeiten notwendig ist, die Legierungen in mindestens einen teilweise austenitischen Zustand umzuwandeln. Austenitische Legierungen aber unterliegen einer Chlorid-Spannungs-Korrosions-Rissbildung und somit ging ein wertvolles charakteristisches Merkmal beim Erwerb eines anderen verloren. Überdies erachteten diese Forscher es für notwendig, eine Hitzebehandlung durchzuführen, indem bei 900 ⁰C angelassen und danach rasch abgeschreckt wurde, um die Brückigkeit in den Schweissstellen auf ein Mindestmass zu beschränken. Dies ist aber ein ausserordentlich lästi ger und kostspieliger Behelf.

Korrosion ist eine äussert komplexe Vereinigung von.Phänomenen und tritt in zahlreichen anerkannten Typen auf. Der Nachweis und die Aufhebung der Empfindlichkeit gegenüber den einzelnen Korrosionstypen verlangen Methoden, die für jeden einzeln entworfen sind. Im allgemeinen trifft es auch nicht zu, dass ein Material, das gegenüber einer Korrosionsform beständig ist, auch gegenüber allen anderen beständig ist. Beispielsweise kann ein nickelhaltiger, rostfreier Stahl sehr beständig gegenüber Salpetersäure sein und dennoch zu einer zerstörerischen Rissbildung neigen, wenn er unter Spannung Chloridumgebungen ausgesetzt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte, gegen Grübchenbildung beständige, ferritische Chrom-Molybdän-

1 0 9 85^ 7 1 U 6

ED-26OA " '

Legierung, mit der durch enge und kritische Kontrolle des Chromgehaltes und des damit in Beziehung stehenden Molybdängehaltes und durch begrenzten Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt eine verbesserte Umgebungsbreite an sehr hoher Korrosionsbeständigkeit, gekoppelt mit hoher Nachschweissdehnbarkeit, erhalten wird. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sorgen zusätzliche Bestandteile für sogar noch bessere, spezielle Korrosionsbeständigkeitseigenschaften,

Allgemein gesagt ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine korrosionsbeständige, gegen Grübchenbildung besonders beständige, ferritische Legierung mit guter Nachschweissdehnbarkeit, die als Hauptlegierungselemente Chrom und Molybdän in den Kombinationen, welche innerhalb der Bereiche A-, A₉, B, 'C₁, C₂ und D der Pig. I der beigefügten Zeichnungen liegen, maximal 100 Teile je Million Kohlenstoff, maximal 200 Teile je Million Stickstoff und maximal 250 Teile je Million Kohlenstoff .+ Stickstoff enthält, wobei der Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen ist. Die Hauptbestandteile der· ervfindungsgemässen Legierungen können auch bestimmte Metallzusätze enthalten, die weiter unten angegeben werden. Wie in allen Legierungen der hier in Rede stehenden Klasse können auch zufällige Verunreinigungen vorhanden sein. In der kommerziellen Praxis können diese aus den folgenden Bestandteilen in den angeführten ungefähren Gewichtsprozenten bestehen; 0,010 % S, 0,010 % P (zusammen mit in typischen Fällen 0,80 % Mn und 0,50 % Si als absichtlich zugeschlagene Bestandteile).

Die nachfolgenden Zeichnungen stellen die wesentlichen, erfindungsgemäss verlangten Bedingungen, ausgedrückt als Prozent Chrom auf der Abszisse und als % Molybdän auf der Ordinate, zusammen mit den zulässigen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten dar» In den Zeichnungen bedeuten:

109853/ 1 US

ED-260A

Fig. 1 ist eine Darstellung von vier unterschiedlichen Bereichen unterschiedlicher Korrosionsbeständigkeit und Nachschweissdehnbarkeit, die für Legierungen mit Gehalten von C gleich oder unterhalb 100 Teile je Million, N gleich oder unterhalb 200 Teile je Million und C+N gleich oder unterhalb 250 Teile je Million gelten, und

Fig. 2 ist eine Pause derselben Bereiche von Korrosionsbeständigkeit und Nachschweissdehnbarkeit, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, in die typische ferritische Cr-Mo-Legierungs-Zusammensetzungen eingezeichnet sind, welche mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, nur dass der C-Gehalt oberhalb 100 Teile je Million oder der N-Gehalt oberhalb 200 Teile je Million oder der C+N-Gehalt oberhalb 250 Teile je Million liegen.

Die erfindungsgemässen Legierungen sind beständig, wenn sie einer weiten Vielfalt von korrosiven Umgebungen ausgesetzt werden, und weisen dennoch dabei hohe Nachschweissdehnbarkeit und gute Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung auf.

Zu wichtigen Korrosionstypen gehören die folgenden:

(1) Lochfrass in Halogenid-Umgebungen

(a) extremer Angriff wie in oxidierenden Chloridumgebungen, z. B. 10 % Fe Cl,*6H₂O bei 50 ⁰C, der durch Spaltenbildungen akzentuiert ist,

(b) starker Angriff, wie in Chloridwässern, die Permanganat-Ionen enthalten, bei 90 ⁰C,

(2) Interkristalline Korrosion in Säure- und Chlorid-Umgebungen

(3) Spannungskorrosion-Rissbildung in chloridhaltigen Umgebungen

(4) allgemeine Oberf?₄.äeh*inkorrosion

109853/1 U6

ED-26OA 6 2 1 2 A R 8 7

(a) organische Säuren, wie Sulfamin-, Ameisen-, Essig- und Oxal Säure ,

(b) oxidierende Säuren, wie 65£ige Salpetersäure,

(c) anorganische Reduktionsmittel, wie siedende, lOjSige schweflige Säure.

(Die letztere Kategorie kann am besten unter drei unterschiedlichen Aspekten gewürdigt werden:

(I) Aktive Legierungen, die sofort oder innerhalb weniger

Stunden aktiv sind und die sich mit Geschwindigkeiten von über 1270 mm (50 000 mils) im Jahr auflösen;

(II)Passive Legierungen, die beim Eintauchen in die korrosiven Medien passiv sind und sich darin verhältnismässig gleichmassig mit Geschwindigkeiten von weniger als 2,5¹I mm im Jahr auflösen. - Diese Legierungen werden aktiviert, wenn sie mit einer aktivierenden Elektrode in Berührung gebracht werden und bleiben aktiv, wenn der Kontakt unterbrochen wird;

(III) Von selbst wieder passiv werdende Legierungen, welche beim Eintauchen passiv sind,, aktiv v/erden, wenn sie in Berührung mit einer galvanisch aktivierenden Elektrode stehen, aber bei Entfernung der Elektrode wiederum passiv werden.)

A» Herstellung von Prüfkörpern 1, Bestandteile

Alle Prüfkörper wurden nach der unten beschriebenen Methode »inter Verwendung von sehr reinen Bestandteilen, die in der Ta bslle I im einzelnen angegeben sind, hergestellt:

109853/1 U6 - 6 -

ED-26OA

Tabelle I

Bestandteil

Eisen

Chrom

Chrom

Molybdän

Molybdän

Lieferant

Analyse

Glidden Co.

Union Carbide Co.

Shieldalloy Corp.

Fansteel Co.

Climax Molybdenum

99,91 % Fe; C 20 tpm⁺⁾; N IJO ⁺)

99,95 % Cr, 0,01 % Fe, C 5o tpm⁺⁾; N 60 tpm⁺⁾

98,2 % Cr, C 85 tpm⁺^; N 284 "¹^

99,9 % Mo, C 20 tpm⁺⁾; N 10 tpm⁺⁾

99,7 % Mo, C 32 tpm⁺⁾; N 12 tpm⁺⁾.

+) tpm = Teile pro Million.

Dort wo Nickel verwendet wurde, wurde die Bandform angewandt. Das Silicium war von Reagenzqualität, das Aluminium lag in Stückchenform vor und bestand nach der Analyse zu 99,992 % aus Al, der Kohlenstoff war von hochreiner Stückchenqualität, frei von Füllstoff oder lag in Form einer Ferro-Chrom-Legierung mit hohem Kohlenstoffgehalt vor, und der Stickstoff wurde als Cr₂N-Pulver geliefert.

2. Das Schmelzen

Die die Legierungen bildenden Bestandteile wurden in Aluminiumoxid-Tiegeln mit sehr hohem Reinheitsgrad in einem Vakuuminduktionsofen aufgeschmolzen, der, bevor der Strom (power) eingeschaltet wurde, verschlossen und auf 1O^--* bis ΙΟ"*-⁵ Torr

10 9853/1 TA

ED-26OA

_g 2124B87

evakuiert wurde. Die Leistung wurde allmählich erhöht, um den thermischen Schock auf ein Mindestmass zu beschränken, und beim Beginn des Schmelzens wurde der Ofen mit gegettertem Argon (ein gereinigtes Argon von Handelsqualität, das einen besonders niedrigen Sauerstoff- und Stickstoffgehalt aufweist) bis zu einem absoluten Druck von 12,7 cm (5" Hg) gefüllt, um einer Verdampfung der Legierungsbestandteile entgegen zu wirken. Bei Beendigung des Aufschmelzvorganges wurde die Schmelze durch einen Schamottetrichter ("fire brick funnel") in eine senkrecht angeordnete, zylindrische Kupferform, die in die Argon-Atmosphäre gebracht worden war, gegössen. Nach dem Abkühlen wurde der Barren herausgenommen und die heisse Spitze, die den Schwindungslunker enthielt, wurde abgeschnitten.

3° Hitzebehandlung und Bearbeitung

Jeder Barren wurde 3 Stunden lang bei 1204 ⁰C in einem elektrischen Ofen (Luftatmosphäre) durchglüht und dann zu einem rschteckigen Querschnitt geschmiedet.

Der geschmiedete Barren wurde dann auf 1177 °C wiedererhitzt in leichten Durchgängen, in die 4 Wiedererhitzungsschritte 1177 ⁰C eingeschoben wurden, von denen jeder etwa 10 Minuten benötigte, bis zu einer Stärke von 2,5*1 mm gewalzt.

Nach dem abschliessenden Walzen .wurde das Blech eine Stunde lang auf 1093 ⁰C erhitzt und mit Wasser abgeschreckt. Diejenigen Legierungen, die als stabilisierenden Zusatz Titan enthielten, erhielten eine abschliessende Hitzebehandlung während zwei Stunden bei der niedrigeren Temperatur 95*4 ⁰C.

I'It einer Masehiaensäge wurden Prüfkörper für die mechanischen und analytischen und Korrosicnsprüfungen zugeschnitten "■Τ::·* iimach yntep 7ei-wsMi"/:g sine-3 s'sa::';r^ "^llV^n Silicium-

10 9 8 5 3/1 1 λ. Ci

_ 8 - ^BAD ORIGINAL

ED-26OA

carbidriemens bis zu einer Oberflächenbeschaffenheit von 80 grit geschliffen.

*t, Schweissen

Zur Untersuchung der Wirkungen des Schweissens auf die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften wurden autogene Schweissungen wie folgt durchgeführt:

Die geschweissten Proben für die Biege- und Spannungskorrosionsprüfungen waren etwa 7,62 cm lang, 2,54 cm breit und 0,25*1 cm dick. Diese Proben wurden der Länge nach unter Anwendung des Argongas-Wolfram-Bogen-Schweissverfahrens bei einer Energiezufuhr je Durchgang von etwa 16 000 joules/2,54 cm schmelzgeschweisst. (Die zugeführte Energie je Durchgang in joules/cm = Bogenspannung (Volt) χ Bogenstromstärke (Ampere)/Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners, 2,54 cm/Sek.) Während des Schweissens wurde die Rückseite der Probe gleichzeitig mit Argon abgeschirmt, um die Oxidation herabzusetzen und einen Schutz gegen die Aufnahme von Stickstoff zu bieten. Zur weiteren Erklärung sei bemerkt, dass hier kein Aufschmelzen von zwei Legierungsstücken stattfand, da die Elektrode bloss einmal in Längsrichtung des Probenstückes geführt wurde. Während dieses Durchganges genügte die zugeführte Energie, um das Metall im unmittelbaren Bereich des Elektrodendurchgangs in fast der gesamten Probendicke und in einer Breite von etwa 6,35 mm (1/4") aufzuschmelzen. Man liess die Probekörper sich in der Luft auf Raumtemperatur abkühlen, wodurch die übliche Schweisspraxis kopiert wurde. ⁺ 2,54

Drei spezielle Probenbereiche sind bei den weiter unten angeführten Prüfungen von besonderem Interesse. Es sind die sichtbar zutage tretende SoLwaisszone, in der der Brenner das Ober« flächenmeta!1 &ufge%o;b-vCv:en Lafcto_s die waitei¹ entfernte Grundzone des Blechs (BF abgekürzt), die ganz aus Metall besteht und

109853/1U6

ED-26OA

12,7 mm oder mehr von der Schweissnaht entfernt ist, und die dazwischen liegende, von der Hitze beeinflusste Zone (HAZ).

5. Analysen

Die weiter unten wiedergegebenen und in den Fig. 1 und 2 aufgezeichneten Werte beruhen auf "ausgewogenen" Mengenverhältnissen von Eisen, Chrom und Molybdän. Die Zuverlässigkeit dieses Vorgehens ergab sich aufgrund einer Gewichtsdifferenz, die gebildet wurde, indem gegossene Barren sowie aus diesen Barren hergestellte, gewalzte Bleche gewogen und die Ergebnisse mit dem Gesamtgewicht der bei der Herstellung der Legierungen eingefüllten Metalle verglichen wurden. Die mittlere, nachweisbare Gewichtsänderung zwischen den eingewogenen Bestandteilen, den Barren und den gewalzten Blechen belief sich auf nur 0,1 g, bezogen auf das Gesamtgewicht von ^00 g. Ein zusätzliches Vertrauen auf die praktische Methode ergab sich aus der Übereinstimmung und scharfen Begrenzung der in den Figuren eingetragenen Ergebnisse der Lochfrassprüfung.

Der Kohlenstoff wurde durch Verdünnung mit Hilfe eines Leco-Kohlenstoff-Analysators bstimmt. Die Stickstoffanalysen erfolgten nach der Kjeldahl-Mikromethode unter Verwendung von Nesslers Reagens.

Titan, Niob und Aluminium wurden durch Röntgenstrahlenfluoreszenz bestimmt.

- 10 -

109853/1146

2124R87

ED-26OA

B. Legierungsprüfung 1. Lochfrassprüfung: Kaliumpermanganat-Natriumchlorid-Test

Die ist ein neuer, von der Anmelderin angewandter Test, mit dem die Grübchenbildung durch Chlorid in stark korrosivem, natürlichem Wasser, wie dem Wasser des Ohio-Flusses, das in Wärmeaustauschern verwendet wird, simuliert werden soll. Solche Wassersorten enthalten etwas Mangan und müssen zur Verhütung der Ansammlung von organischem Schlamm in den Wärmeaustauschern chloriert werden. Es ergibt sich daraus eine Neigung zu einem starken Lochfrassangriff, wahrscheinlich infolge der Umwandlung von vierwertigem,udöslichem

Mangan in lösliches Permanganat (Mn ) durch Chlor und der gleichzeitigen Reduktion von Chlor zu Chlorionen (Cl ).

Da Beanspruchungsprüfungen an Standorten in Fabrikanlagen verhältnismässig grosse Materialmengen und Prüfungsdauern von 6 bis 18 Monaten für die Bewertung der Legierungen erforderlich machen, wurde der vorliegende beschleunigte Test ersatzweise entwickelt.

Es wurde eine 25» KMnOj.-2 % NaC 1-Wasserlösung verwendet, deren pH-Wert auf 7,5 eingestellt wurde. Grosse Reagensröhren (Länge 29,2 cm, Durchmesser 3,81 ein), die 150 ml der Testlösung enthielten, wurden in ein 90 ⁰C heisses, thermostatisch geregeltes Wasserbad eingetaucht. (Die Temperatur von 90 ⁰C wurde deshalb ausgewählt, um die Bedingungen in Wärmeaustauschern zu simulieren.) Die Reagensröhren wurden mit einem Gummistopfen bedeckt, der zur Belüftung mit einem Glasrohr versehen war, und die in die Röhren hineingebrachten Prüfkörper waren 2,54 χ 5,08 χ 0,203 cm grosse Stücke, die bis zu einer Oberflächenbe-

- 11 1 09853/ 1 U6

ED-260A

schaffenheit von 80 Grit geschliffen worden waren.

Der Lochfrassangriff in der Lösung gibt sich durch ausgedehnte Bildung eines Oberflächenüberzuges aus unlöslichen Manganoxiden kund. Es scheint, dass in dem Masse, wie die Legierung sich an anodischen Stellen (Grübchen) auflöst, unlösliches Manganoxid an den keine Grübchen aufweisenden, kathodischen Bereichen niedergeschlagen wird, wo .Permanganationen in einer elektrochemisch äquivalenten Reaktion zu dem vierwertigen Zustand reduziert werden.

Der Überzug wird bei Raumtemperatur ohne Angriff des Metalls entfernt, indem der Prüfkörper in .eine Lösung eingetaucht wird, die in der USA-Patentschrift 3 481 882 der Anmelderin offenbart ist und aus 900 ml HpO, 27»4 ml 96,5/Siger H₂SQ₂₁, 14,4 g Oxalsäure, 0,2 g Alkanol WXM und 0,2 g Diorthotolylthioharnstoff besteht. Eine Betrachtung des gesäuberten Prüfkörpers mit dem unbewaffneten Auge beweist deutlich dentochfrassangriff.

Nur solche Prüfkörper, die frei von sämtlichem Lochfrassangriff und von dem Manganoxidüberzug waren, wurden als "beständig" klassifiziert. Diejenigen, welche irgendwelche Grübchenbildung zeigten, wurden als "versagten" bewertet. Im Händel erhältliche, ferritische und austenitische, rostfreie Stähle (z.B. A.I.S.I. 446, 316 und 310) wurden durch diese Lösung bei Raumtemperatur leicht unter Grübchenbildung angefressen. Im allgemeinen erwiesen sich Prüfkörper, die dem Angriff während der ersten 24 Stunden widerstanden, als beständig, während 16 Monaten.

In den unten angegebenen Tests wurden Proben, die gegenüber dieser Prüfung mit heissem Permanganat-Chlorid beständig

' - 12 10 9853/ ML6

2124R87

ED-26OA

waren, als "sehr beständig" klassifiziert und erhielten das Prädikat "hohe Beständigkeit" 'gegen Lochfrass.

2. Lochfrass: Eisen(III)-chlorid-Test

Dieser Test wird gewöhnlich bei Räumtemperatur angewandt; die Anmelderin entschied sich jedoch dafür, ihn durch Erhöhung der Prüftemperatur auf 50 ⁰C und durch Bereitstellung von engen Spalten zu beschleunigen. Beschleunigt ist dieser Test schärfer als der Permanganat-Chlorid-Lochfrasstest bei 90 ⁰C.

Der Test wurde in einem thermostatisch geregelten Wasserbad bei einer Temperatur von 50 ⁰C unter Verwendung von 150 ml lOjSigem PeCl₅.6H₃O in Wasser in einzelnen 29,2 cm χ 3,81 cm (Durchmesser) messenden Reagensröhren ausgeführt, die durch auf die Rohren aufgesetzte Gummistopfen belüftet wurden. Die ungeschvieissten Prüfkörper, die bis zu einer Oberflächenbeschaffenheit von 80 Grit geschliffen worden waren, massen 2,54 cm χ 5,08 cm χ 0,203 cm. An "den Kanten und Oberflächen der Prüfkörper wurden Spalten geschaffen, indem an die Vorder- und die Rückseite Polytetrafluoräthylen-Blöcke angelegt und durch Paare von Gummibändern in der Stellung gehalten wurden, die unter 90 ° zueinander in sowohl der Längs- als auch der Querrichtung gestreckt wurden. Dies er-

Qzeugte}zwei scharfe Spalten am oberen und unteren Teil des Prüfkörpers dort, wo das elastische Längsband das Metall berührte, zwei etwas weniger scharfe Spalten an den Seitenkanten und zv/ei Spalten unter den Polymerenblöcken. Die

Kontraktion der Gummibänder sorgte während der fortschreitenden Metallkorrosion an den Berührungspunkten .für konstante Spaltbedingungen.

Es wurde gefunden, dass, wenn eine Legierung mit einer

109853/1 U6

ED-260A

2124R87

Spalte Grübchen ausbildet, sie schliesslich auch ohne
eine Spalte Grübchen ausbildet, dass aber, bis dies offenbar wird, der Angriff eine Zeitdauer von 4 Monaten benötigen kann. Bei dem beschleunigten Test der Anmelderin
trat eine Grübchenbildung im Falle von Legierungen, die
dieser Art des Lochfrasses zugänglich sind, innerhalb von 2k Stunden auf. Beständige Legierungen wurden dem Angriff
während Wochen und in manchen Fällen sogar 12 Monate lang ausgesetzt, ohne dass irgendein Lochfrassangriff auftrat.

Wie weiter unten angegeben wird, wurden Proben, Vielehe
einem Angriff bei dem Test mit heissem Eisen(III)-chlorid widerstanden, als "äusserst beständig" klassifiziert.
Fast alle Proben derselben Analysenzusammensetzung, welche 'diese Prüfung bestanden, hatten bereits die Permanganat-Chlorid-Prüfung bestanden.

3. Spannungskorrosion: Prüfung mit siedender Magnesiumchloridlösung .

Dieser Test wird, obgleich er von der American Society of Testing Materials tatsächlich noch nicht als Standard angenommen worden ist, nichtsdestoweniger bereits verbreitet angewandt. Er wird gemäss den Arbeitsweisen ausgeführt,
die von der Anmelderin gemeinsam mit A.J. Sweet beschrieben und in "Corrosion", Band 25, No. 1 (1969), Januar,
Seiten 1 bis 6, veröffentlicht worden sind.

Die Testlösung ist siedendes (155 ⁰C) 45#iges MgCl₂. Die Prüfkörper waren 7,62 cm lang, 1,905 cm breit und 0,203 cm dick und wiesen in den meisten Fällen eine durch autogenes Schweissen erhaltene Längsnaht auf, weil ge-

109853/1 U6

ED-260A

schweisste Prüfkörper leichter Empfindlichkeit gegenüber Spannungskorrosion zeigen als ungeschweisste Prüfkörper. Die geschweissten Prüfkörper vmrden um 18O über einen zylindrischen D©rn mit einem Durchmesser von 0,929 cm gebogen. Spannung wurde dadurch angelegt, dass eine Hastelloy C-Mutterschraube durch Löcher an jedem Ende des Prüfkörpers festgezogen wurde, wobei die Mutterschraube durch Polytetrafluoräthylen-Buchsen gegen den Prüfkörper elektrisch isoliert war.

Austenitische, rostfreie Stähle versagen durch Reissen in 1 bis 4 Stunden, wenn sie dieser Prüfung ausgesetzt werden. Im Gegensatz hierzu wurde gefunden, dass erfindungsgemässe Legierungen, wenn sie in dieser Weise dem Test ausgesetzt wurden, innerhalb von 100 Tagen nicht rissen. Legierungen, welche nicht eher versagten, wurden routinemässig 100 Tage lang in der Prüfung gelassen, um ihre Immunität gegenüber Spannungskorrosion nachzuweisen.

Die Prüfung mit siedender MgClp-Lösung ist ein sehr scharfer Test, den man in der Industrie gewöhnlich nicht antrifft. Trotzdem wurde eine Beziehung zwischen diesem Test und der Spannungskorrosionsneigung solcher Cr-haltigen Legierungen, wie AISI-430 und -446, zur Rissbildung in NaCl-Lösungen, die nur 50 Teile/Million Cl~ enthalten, gefunden. Die letztere Prüfung ist viel eher ähnlich einem Korrosionstest unter simulierter Beanspruchung; jedoch \ferden oft Prüfdauern von 250 Stunden oder mehr benötigt, um eine Anfälligkeit für Korrosion nachzuweisen. Somit kann für ferritische Legierungen der MgClp-Test als ein stichhaltiger Schnelltest zur Bewertung von Spannungskorrosions-Rissbildung angesehen werden.

109853/1146

- 15 -

2124R87 1ί

ED-26OA

Da die Herstellung von geschweissten Prüfkörpern für die Spannungskorrosions-Rissbildung es erforderlich macht, geshweisste Prüfkörper quer zur Schweissnaht zu biegen, wurde nebenbei eine scharfe Dehnbarkeitsprüfung bereitgestellt. Einige Testlegierungen, die ausserhalb der vorliegenden Erfindung lagen, rissen während des Biegens und wurden daher in der MgCIp-Lösung nicht geprüft. Zusammengefasste Testwerte sind in der weiter unten stehenden Tabelle II "angeführt.

¹U Interkristalliner Angriff (IGA): Eisen(III)-sulfat-Schwefelsäure-Test.

Um die Anfälligkeit für interkristallinen Angriff (nachstehend IGA abgekürzt) nachzuweisen, wurden geschweisste Prüfkörper 120 Stunden lang siedender, 50#iger H₂SO₁I, die ¹Il₉O g/l Pe₂(SO₁₁),. X H2O enthielt, ausgesetzt. Dieser Schnelltest wurde ursprünglich von der Anmelderin für austenitische, rostfreie Stähle entwickelt (M.A. Streicher, ASTM Bulletin No. 229, (1958) April, Seite 77, und ASTM-A262-68 "Recommended Practice for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Stainless Steels"). Ausgedehnte Untersuchungen der Anmelderin haben nun ergeben, dass dieser Test auch gültig ist für die Bestimmung der Empfindlichkeit-gegenüber IGA in hande"lsgängigen, ferritischen, rostfreien Stählen der durch die Stähle AISI-¹130, -¹I¹Jo und durch die erfindungsgemässen Legierungen vertretenen Klasse, und zwar als Punktion der Hitzebehandlung und des Cr-, C- und N-Gehaltes.

Der Test wurde an Prüfkörpern ausgeführt, die bis zu einer Oberflächenbeschaffenheit von 80 Grit geschliffen worden waren, etwa 2,54 cm χ 5_sO8 cm χ 0,203 cm massen und quer

109853/1 U6
- 16 -

ED-26OA

über die Prüfkörperbreite Hh eine autogene Schweissnaht aufwiesen. Die Prüfkörper wurden in 600 ml Testlösung eingetaucht, die in einem 1-1-Erlenmeyer-Kolben, der mit .einem Allihn-Kühler ausgestattet war, enthalten waren.

Die Prüfkörper wurden sowohl aufgrund von Messungen des Gewichtsverlustes als auch insbesondere von mikroskopischen Untersuchungen (8Ofach;"8O Ji¹) auf Anzeichen von Körnungsverlust ("grain dropping") hin bewertet. Auf von ihrem Platz verdrängte Körner wurden drei Zonen besonders untersucht, und zwar das Grundblech (BP), das Schweissmetall (Schweissnaht) und die durch Hitze beeinflusste Zone (HAZ). Jegliches Anzeichen von von ihrem Platz verdrängten Körnern wurde zum Anlass genommen, die spezielle Legierungsprobe zurückzuweisen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengestellt'.

5. Allgemeine Korrosion in Säuren

Wie weiter unten in der Tabelle III angegeben, wurde ein Vergleich gezogen zwischen handelsgängigen Legierungen und Legierungen innerhalb der Grenzen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich allgemeiner Korrosion, die in repräsentativen Säureumgebungen, einschliesslich oxidierenden, reduzierenden, organischen und anorganischen Umgebungen eintritt, Die Säuren, die Methoden und Werte für handelsgängige Legierungen wurden von der Anmelderin schon früher in "Corrosion" Band Ih₃ Nr. 2, (1958) Februar, Seiten59t bis 70t veröffentlicht.

Kurz, sämtliche Prüfungen wurden an ungeschweissten Prüfkörpern ausgeführt, die 2,54 cm χ 5,08 cm χ 0,203 cm massen

10985^/1.146

ED-26OA

212AR87

und deren Oberflächen bis zu einer Beschaffenheit von 80 Grit gesdiiffen worden waren. Die siedenden Testlösungen mit einem Volumen von 600 ml befanden sich in Erlenmeyer-Kolben, die mit Rückflusskühlern ausgerüstet waren. Versuche, die "astronomische" Korrosionsgeschwindigkeiten zeigtenj dauerten nur 5 Minuten; aber bei Proben, welche zu weniger als 2,5^ mm/Jahr korrodierten, wurden die Prüfungen 100 Stunden lang fortgesetzt.

Besonders bedeutsam ist, wie später im einzelnen angegeben wird, eine Gruppe von Tests, die dazu dienten, die Entwicklung und/oder den Verlust von Passivität sowie die Korrosionsgeschwindigkeit in siedender, lO^iger Schwefelsäure zu zeigen.

6. Mechanische Prüfungen.

Zusätzlich zu den Biegeprüfungen, die vor dem MgC^- spannungskorrosionstest des Abschnitts B(3) (siehe oben) durchgeführt wurden, wurde eine Anzahl von weiteren mechanischen Prüfungen durchgeführt, um einen Vergleich mit kommerziellen Stählen derselben allgemeinen Klasse zu erhalten und in jedem Falle kritische Festigkeitswerte aufzustellen.

So wurde ein Zugfestigkeitstest an der erfindungsgemässen Legierung Q-202-H, die laut Analyse 28,5 % Cr, 4,0 % Mo, 23 Teile/Million C und I30 Teile/Million N enthält, ausgeführt. Im Vergleich mit kommerziellen Stählen, deren Eigenschaften in dem von der Firma Allegheny Ludlum Steel Corp. 1951 veröffentlichten Buch "Stainless Steel Handbook" auf den Seiten 2 bis 5 tabellarisch zusammengestellt sind, wurden die nachstehenden Ergebnisse erhalten:

10 985-31Ä14A6

2124R87

ED-26OA

Dehnung (I)

40 20 20 24

Aus dem vorstehenden ist zu erkennen, dass die Fliessspannung der erfindungsgemässen Legierung höher ist als diejenige der kommerziellen Legierungen und dass die Dehnung derjenigen von kommerziellen ferritischen Legierungen überlegen ist.

Legierung	Fliess (kg/cm	spannung	psi)	Zugfestigkeit (kg/cm2)
AISI-316	2109	(30,000	psi)	5273 -
AISI-430	2461	(35,000	psi)	4218
AISI-446	3164	(45,000	psi)	5273
Q-2O2-H (erfindungs- gemäss)	4125	(58,675"	5205

Eine andere durchgeführte Prüfung war ein Biegetest, der bei niedriger Temperatur quer zur Schweissnaht an Prüfkörpern der folgenden drei erfindungsgemässen Zusammensetzungen ausgeführt wurde, deren Abmessungen 7,62 cm χ 1,90 cm χ 1,29 cm bis 1,73 cm waren und die in Längsrichtung autogen geschwasst und dann bis zu einer Oberflächenbeschaffenheit von 80 Grit geschliffen worden waren. Dieser Test wurde auf einer Instron-Apparatur unter Verwendung eines Dorns mit einem Durchmesser von 1,016 cm in einer Kammer mit kontrollierter Temperatur durchgeführt.

Legierung

Qz433

/ 28,5 % Cr, 4,0 % Mo,

18 Teile/Mill. C,

37 Teile/Mill. N J

23,89 ⁰C -31,67°C -45,56⁰C -59,44⁰C

gebogen gebogen gebogen gerissen

Q_X3

/ 28,0 % Cr, 4,0 % Mo, "~28 Teile/Mill. C, 83 Teile/Mill. N J

/ 27,5 % Cr, 4,0 % Mo, " 29 Teile/Mill. C, 65 Teile/Mill. N 7

gebogen -

gebogen -

- 19 -

gebogen

gerissen

1 0 9 8 5 3 / 1 U G

line wjeitere jjiecJtianisphe PpUf ung war ein Kalt walz test, bei dem die folgenden erfindungsgeinässen Legierungen, die zuvor bis zu einer Stärke γρη etwa 2,5.4 mm heissgewalzt worden waren, bis zu etwa 0,635 mm, der Grenze der Walzen, kalt _; gewalzt wurden:*

Legierung Cr(#) Mo(^) C(Teil/Mill.) N(Teil/Mill.) prozen-

t uale Abnahme

Q-120	30,0	3*0	20	mm	90
Q-2Q2A	28,5	4,0	14	25	81
Q-562	35.0	3,5	• 28	20	• 69
Q-557	33,0	4,5	5	35	70
Q-514	30,5	4,0	170	67

In Jedem Falle war die Dehnbarkeit ausgezeichnet, d.h. es trat weder an den Kanten noch in den Oberflächen Rissbildung ein.

In einer weiteren Untersuchung wurden vergleichende Charpy-Stossprlifungen an einem erfindungsgemässen Prüfkörper, der in der unten stehenden Tabelle als "erfindungsgemäss" bezeichnet wird und 29,0 % Cr, 4,3 % Mo, 25 Teile/Mill.C und 110 Teile/ Mill.N enthielt, und daneben an den handelsgängigen Stählen AISI-446 und -316 durchgeführt.

Alle Oharpy-Prüfkörper waren von halber Grosse, d. h. sie massen 5,48 cm . 0,500cm . 1,00 cm und wiesen eine 45°-Kerbe mit einem Radius von 0,0254 cm auf. Diese Prüfkörper wurden mit der Maschine aus 0,635 cm dicken Platten hergestellt, wobei der Fusspunkt der Kerbe in der Walzrichtung liegt.

- 20 -

BAD ORiQlNAL

10 9853/1U6

Legierung Charpy-Stossfestig- Arfc des BruchgefUges keit (mkg)

AISI-446 0,242 (1.75 ft.-Ib.); vollständig und spröde]■ 0,2765

AISI-316 5,9155 6,57; 6,22 gebogener, geschmeidiger

Bruch

"erfindungs-

gemäss" 6,16 gebogen, geschmeidig; etwas

interkristallines Bruchge-

füge

Aus den vorstehenden Werten geht hervor, dass die Charpy-Stosswerte der erfindungsgemassen Legierungen etwa die gleichen wie bei der Legierung AISI-316 waren und den Werten der Legierung AISI-446 weit überlegen waren.

C. Bewertung von Fe-Cr-Mo-Legierungen mit begrenztem

C- und N-Gehalt, die ausser zufälligen Verunreinigungen keine anderen Zusätze enthielten.

In der Fig. 1 ist eine grosse Anzahl von Legierungszusammensetzungen aufgetragen, die gemeinsam genau eine Anzahl von unterschiedlichen Bereichen A₁ und A₂ (die für manche Zwecke zusammen als eine Einheit A angesehen werden können), B, C₁ und Cp (die für manche Zwecke zusammen als eine Einheit C angesehen werden können) und D gemäss der vorliegenden Erfindung, definieren, die durch gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Beständigkeit gegen Grübchenbildung gekennzeichnet sind. Zusätzlich sind diese verschiedenen Bereiche durch unterschiedliche Korrosionsbeständigkeiten untereinander ausgezeichnet, wobei sich allgemein eine Zunahme der Korrosionsimunität mit zunehmendem Cr- wie auch Mo-Gehalt innerhalb des gesamten Umkreises, der

- 21 -

109853/1U6

sämtliche Bereiche einschliesst, zeigt.

Die senkrechte Trennungslinie bei 27,5# Cr, welche die aus den Bereichen A-^ und C, bestehenden Flächen links und die Bereiche A₂ und C₂ rechts begrenzt, kann bei der allgemeinen Betrachtung der Korrosionsbeständigkeit, welche die Tabelle 2 betrifft, unberücksichtigt bleiben; jedoch hat diese Trennlinie im unten stehenden Abschnitt E Bedeutung, der sich auf die Wirkungen anderer Zusätze bezieht.

Der Kürze halber bringt die Tabelle 2 lediglich vorher ausgewählte Analysenergebnisse, die durch einen speziellen Bereich der Fig. 1 abgesondert sind, oder berücksichtigt nur Prüfkörper in der Nähe der Peripherie, welche die Grenzen davon definieren. Die den representativen Legierungsnummern entsprechenden Kurvenpunkte sind in den Figuren 1 und 2 angegeben. Soweit nicht in der Spalte "Bemerkungen" speziell vermerkt, wurden sämtliche Legierungen allen Tests unterzogen.

Tabelle II

(a) Die Bereiche A, und Ap sind gemeinschaftlich gekennzeichnet durch Beständigkeit gegenüber Grübchenbildung beim Angriff im (1) Permanganat-Chlorid-Test und (2) Eisen(III)-Chloridtest, (3) Beständigkeit gegen interkristallinen Korrosions- <· angriff (IGA) unter den Bedingungen des Eisen(III)-sulfat-Schwefelsäure-Test, (4) Geschmeidigkeit im l8o°-Biegetest quer zur Schweissnaht, gemessen an gesehweissten Prüfkörpern so, wie sie erhalten werden, d. h. nicht angelassen, und (5) Beständigkeit gegen Spannungskorrosion (S.C.).

- 22 -

109853/1U6

ED-26QA

25ujajpR?enset:zung in $g Or 4 M i

Bereich Ai	Op	Mo	G	N
665	25,0	§,5	75	150
438 577 549 548	27,0 ?5*5 27f5 27,5	5|5 5,5 5,0	24 25 15 IQ	68 63 195 5
496 489	27,5 26,0	4,5 5,5	31 19	155 108
488 438 436	26,0 27,0 28,0	5,0 4,0 4,0	22 24 28	110 68 83
innerhalb des Bereiche A2

611
610

585
559

554
548

547
544

543

28,5 4,0 23 100

29,5 4,7 25 118

28,5 3,5 25 .55

28,5 4,5 20 .93

30,0 4,0 24 150

28,5 4,2 23 17

27,5 5,0 10 5

27,5 3,8 15 5

29,5 3,? 24 118

29,0 4,7 27 13

auf Spannungskorrosipn nicht üft

bestand alle fünf Tests Test 3 (ZQh) ausgelassen bestand alle fUnf Tests

Test-Dummem 1 urid 3 ausgelassen

Test-Nummer 1 (KMnQn-N&Cl) ausgelassen

bestand alle fünf Tests .

bestand alle fünf Testsund war ausserdem bei -59,4 C geschmeidig

Tests_.Nr. 2und.Nr·_$ auf

FeCl-z- und]Spannungskorrosion ausgelassen ~

Test Nr. 3 (IGA) und Nr. 5 (S.C.) ausgelassen

Test Nr. 1, Nr. 3 und Nr. ausgelassen

bestand alle fünf Tests Test Nr. 3 (IOA) und Nr. 5 (S.O.) ausgelassen Test Nr. 3 (IGA) und Nr. 5 (S.C.) ausgelassen

Test Nr. 1 und Nr. 3 (IQA) ausgelassen

Tests Nr. 3-5 ausgelassen Test Nr. 3 (IQA) und Nr. 5 (S.C.) ausgelassen

Test Nr. 1 KMnOnrNaCl ausgelassen

109853/1146

ORIGINAL INSPECTED

ED-260A

Legierung Nr.	Zusammensetzung in Gew.% Cr und Mo; Teile/Mill. C und N	Mo	C	N-
innerhalb des Bereichs A^	. Cr	4,5 3,5	38 15	80 128
541 539A	29,5 30,0	4,5 4,5 4,0	29 23 21	15 133 88
538 537 518	28,5 28,5 31,0	3,0	14	188
517	31,0	4,5	19	150
513	30,0

Bemerkungen

Test Nr. 1-3 ausgelassen

Test Nr..3 (IGA) ausgelassen

bestand alle fünf Tests

Test Nr. 1 und Nr» 3 (IGA) ausgelassen

Test Nr. 3 (IGA) ausgelassen

Test Nr. 1 und Nr. 3 (IGA) ausgelassen

595	24,	0	6,	0	7	38
593	24,	5	6,	0	14	120
490	26,	0	6,	0	26	108

periphere Analysenzusammen
setzungen aussephalb der Bereiche

A. und Ap (unterstrichene Legierungsnummern, die in Fig.2 eingezeichnet sind)

versagte im Test Nr. 4 (verbiegt sich); Tests Nr. 3 und Nr. 5 ausgelassen

versagte im Test Nr. 4 (verbiegt sich); Test Nr. 1, 3.und 5 ausgelassen

versagte in Test Nr. 4 (verbiegt sich); Test Nr. 1 und Nr. 5 ausgelassen κ

versagte im Test Nr. 5 (S.C.); Test Nr. 1 ausgelassen

versagte im Test Nr. 4 (verbiegt sich); Test Nr. 1, Nr. 3 und Nr. 5 ausgelassen

27,0 6,0 10 305

502	28	,0	6	,0	9	165
504	28	,5	Ul	,5	10	160
511	29	,5	5	,0	11	5

- 24 -109853/1U6

Zusammensetzung in

Gew.% Cr und Mo;

Legierung Teile/Mill. C und N Bemerkungen Nr.

29,5	5	4,8	93	88
33,0	5	,0	22	5
35,0	4	,0	20	203
35,0	,5	11	115

periphere Analy- Cr Mo C N
senzusammenset- ~" .

zungen ausserhalb
der Bereiche

A, und Ap (unterstrichene Legterungsnummern, die in Fig. 2 - eingezeichnet sind)

481 29,5 4*8 93 88 versagte im Test Nr. 5

(S.C.); Test Nr. 1 ausgelassen

558 33,0 5,0 22 5 versagte im Test Nr. 4

(verbiegt sich); Test Nr. 3 und Nr. 5 ausgelassen

6l6 35,0 5,0 20 203 versagte im Test Nr. 4

(verbiegt sich); Test Nr. 5 ausgelassen

603 35,0 4,5 11 115 versagte im Test Nr. 4

(verbiegt sich); Test Nr. 3 und Nr. 5 ausgelassen

(b) Die Bereiche C, und Cp gemeinschaftlich sind gekennzeichnet durch Beständigkeit gegenüber Grübchenbildung beim Angriff im (l) Permanganat-Chlorid-Test, (3) Beständigkeit gegen interkristallinen Korrosionsangriff (IGA) . unter Bedingungen des Eisen(III)-sulfat-Schwefelsäure-Test, (4) Geschmeidigkeit im l80°-Biegetest quer zur Schweissnaht, gemessen an geschweissten Prüfkörpern so, wie sie erhalten werden (nicht angelassen), und (5) Beständigkeit gegenüber Spannungskorrosion in dem geprüften Ausmasse. Sämtliche nachstehenden Prüfkörper versagten in Test-Nr. 2, dem Eisen(lII)-ehlorid-Lochfrass-Test.

- 25 -

109853/1U6

ED-260A

Legierung Nr.

Bereich C₁

Zusammensetzung in Gew.% Cr und Mo; Teile/Mill. C und N Bemerkungen

(mit Ausnahme der Legierung Nr.568, die sich gerade darunter befindet)

Cr Mo

27,0 4,0 15

26,0 3,5 17

23,0 6,0 6

26,5 3,0 10

27,0. 2,5 5

25,5 4,0 5

22,0 6,0 52 HO

30,0 2,0 12

28,0 2,7 13

32,0 2,0 17

31,0 2,5 7

29,5 3,0 15

bestand die Teste Nr. 1,3 und 4. Nicht geprüft im Test Nr. (S.C.)

Test Nr. 3 (IGA) ausgelassen. Bestand den S.C.-Test

Zusätzlich zum Test Nr. 2 lief der Test Nr. 1 (KMnO₂,-NaCl) allein (er wurde bestanden)

bestand den Test Nr. 1. Teste Nr. 3 und Nr. 5 ausgelassen

Zusätzlich zm Test Nr. 2 lief der Test Nr. 1 (KMnO₂,-NaCl) allein (er wurde bestanden)

,bestand die Tests Nr. 1, 3 und 4. Nicht geprüft hinsichtlich S.C.
η

Zusätzlich zum Test Nr. 2 lief der Test Nr. 1 (KMnO₂,-NaCl) allein (er wurde bestanden

bestand die Tests Nr. 1, 3 und 4. Nicht geprüft hinsichtlich S.C.

die Teste Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 wurden alleine durchgeführt. Versagte in Test Nr. 2 und 3

- 26 109853/1146

Zusammensetzung in

Gew.jß Cr und Mo;

Legierung Teile/Mill. Bemerkungen

Nr. C und N ..

Bereich C, (Mit Ausnahme der Legierung Nr. 568

■ '..,,., die sich gerade darunter befindet)

Cr |to C N '

29,0 3,0 25 128 die Teste Nr. 1» Nr. 2 und

Nr. 3 wurden allein durchgeführt. Versagte im Test Nr. 2, und bestand die Test Nr. 1 und Nr. 3 28,5 3,4 5 160 die Teste Nr. 2, Nr. 3 und

Nr. 4 wurden allein durchgeführt. Bestand die Teste Nr.3 und Nr. 4 29,0 3,0 46 70 bestand die Test Nr. 1,3*4

und 5 und versagte im Test Nr* 2.

(c) Der Bereich B ist gekennzeichnet durch Beständigkeit gegen Grübchenbildung beim Angriff in (1) Permanganat-Chlorid-Test und (2) Eisen(III)-chlorid-Test,. (3) Beständigkeit gegen interkristallinen Korrosionsangriff (IGA) unter Bedingungen des Eisen(III)-sulfat-Schwefelsäure-Tests, (4) Geschmeidigkeit im l80°-Biegetest quer zur Schweissnaht, gemessen an geschweissten Prüfkörpern so, wie sie erhalten werden (nicht angelassen), und (5) Beständigkeit gegen Spannungskorrosion (S.C.). Zusätzlich sind alle Prüfkörper der Bereiche B und D in siedender, 10#iger H₂SO^ passiv, wie unten in Tabelle 4 angegeben wird; im übrigen jedoch weisen die Prüfkörper des Bereichs D die Eigenschaften der Prüfkörper der Bereiche C, und C₂ auf, d. h., dass sie im Eisen(Ill)-Chlorid-Test Nr. 2 versagen.

- 27 -

109853/1 U6

ED-260A

Legierung Ni?.	Zusammensetzung in Gew.^ Cr und Mo; Teile/Mill. C und N	Mo	C	8	N
Bereich B	Cr ·	3,5	8	75
631	35,0	3,5	46	135
606	35,0	2,5	21	98
556	33,0	2,5	28	18
561	33,0	4,5	48	35
557	33,0	3,0	15	23
555	33,0	4,0		45
521	32,0
Bereich D

33,0 2,0 16 85 Bemerkungen

bestand alle fünf Tests bestand alle fünf Tests

bestand Teste Nr. 1-4. Test Nr. 5 (S.C.) wurde ausgelassen

bestand die Teste Nr. 1,2,4 und 5. Test Nr. 3 (IGA) ausgelassen.

bestand die Teste Nr. 2,4 und 5. Test Nr. 1 und Nr. 3 (IGA) ausgelassen

bestand die Teste Nr. 1, 3 und 4. Test Nr. 5 (S.C.) ausgelassen.

Wie zuvor in Abschnitt B(5) erwähnt, werden Vergleichswerte der allgemeinen Korrosionsbeständigkeit gegenüber typischen, gewöhnlichen Säureumgebungen, einschliesslich oxydierenden, reduzierenden, organischen und anorganischen Säuren, in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführt.

- 28 109853/1146

	Legierung	> Vergleich	Tabelle III·	Korrosion von	Legierungen	1056	Ameisen·» säure	in Säuren"1"		Oxal säure	Natrium- bisulfat	ro (Tv
			der allgemeinen		Korrosion (siedend)	5,660	455S		• I	10%	10%
	AISI 450		Allgemeine		(mm/Jahr)	5,800	2,145			1,62	2,515
	AISI 446	Salpeter säure		50#ige Schwe felsäure mit' SuIfamin- Eisen(III)-Sulfat säure	550	246	Essig säure		178	1,645
	AISI 504	Kyyp		1,90	43,5	20%		14,5	700	Schwefel säure
	AISI 516	Ό,5θ8 mm	7,92	0,406	13,2	76,2	244	4,52	10%
	Carpenter 20	0,205	0,914	0,205	0,178	0	0,178	0,279	,6,400
	HastelloyC	0,205	0,584	7,24	0,127	7,62	0,203	0,205	6,858
	Titan.	0,279	0,655	0	2	0,0508	24,1	6,55	417,5 ·
	Fe-28# Cr- 4# Mo(I)	0,205	0,228	-	0,0254 ■	ti	0,550	0,229	21,7 '
	Fe-55$ Cr- 5# Mo(2)	11,4	6,10		-	0	-	-	CN ti 1,09
		0,0254 ..	5,56	., und N 150 Teile/Mill. .	0			0,452
	0,0508	■ 0,152	., und N 25 Teile /Mill.	0			I6Ö
O co	-	-		-			1,325
853/	(1) Legierung Q 202,	C 25 Teile/Mill			1,52
Il	(2) Legierung Q 555,	C 48 Teile/Mill			ro
*■» ■ 0)					ro
				CD CO

⁺Säurekonzentrationen in Gew.#

ED-260A

SO

Die nachfolgenden, in der Tabelle XV wiedergegebenen Tests veranschaulichen die kritische Beziehung der Zusaimnensetzung, die notwendig ist, um die hohe Beständigkeit gegen Korrosion in siedender, 1Obiger Schwefelsäure, welche die innerhalb der Bereiche B und D der Fig. 1 liegenden Legierungen besitzen, zu erzielen.

	Tabelle IV	Gew.	Zusammensetzung	Teile/Mill.	N	in siedender,;
Korrosion	von Fe-Cr-Mo-Legierungen	Cr		C
	Schwefelsäure		Mo		I50
		30,0		19	128	Zustand (1)
Legierung	30,0	4,5	15	29O
Nr.	31,0	3,5	' 25	100
	31,0	5,0	18	88	aktiv
513	31,0	4,5	21	265 .	aktiv
539-A	31,0	4,0	10	235	aktiv
6l2(5ig.2)	31,5	3,5	7	45	aktiv
519	32,0	3,0	15	75	aktiv
518	32,0	4,0	16	140	aktiv
627 (Fig.2)	32,0	3,0	45	215	aktiv
628 "	32,0	2,75	22	50 .	passiv
521	32,0	2,5	17	170	passiv
629	32,0	2,0	25	35	passiv
659	33,0	0,0	28	53	passiv
589 (Flg. 2)	33,0	4,5	25	23	aktiv
520	33,0	4,0	48	98	aktiv
484	33,0	3,0	46	85	passiv
557	33,0	2,5	16	195	passiv
522	33,0	2,0	22	320	passiv
555	35,0	1,5	39	20	passiv
556	35,0	4,0	14	250	passiv
560	35,0	3,5	14		passiv
587		1,0	passiv
668(FIg.2)		passiv
562		passiv, Qoc-
596{Fig.2>
	, lQ^iger
Korrosionsge-
sehwindigkeit (2)
{mm/ Jahr)
1,122
4.96O
1,220
1.350
I.587
1,830
2.II7
1,90
1,14
2,03
1,40
2,940
1.370
1,78
1,65
1,52
1,27
1,14
1,02
1,27
1,14

ED-260

(1) Zustand beim Eintauchen der Probe in die Säure, aktiv = reichliche Entwicklung von Wasserstoff,

hohe Korrosionsgeschwindigkeit

passiv = keine sichtbare Entwicklung von Wasserstoff, niedrige Korrosionsgeschwindigkeit.

(2) Die Geschwindigkeiten an aktiven Legierungen wurden in einem fünf Minuten dauernden Test bestimmt. Die Geschwindigkeiten an passiven Legierungen wurden in einem hundert Stunden dauernden Test bestimmt.

In der folgenden Tabelle V sind die Analysenwerte und Testergebnisse für eine grosse Anzahl von Fe-Cr-Mo-Legierungen zusammengestellt, die jedenfalls hinsichtlich C- und N-Gehalt den zusammensetzungsmässigen Grenzen der vorliegenden Erfindung nicht entsprechen. Diese Legierungsnummern sind innerhalb der Fig. 2 eingezeichnet, und die verschiedenen Ursachen für das Versagen im Test sind durch charakteristische Punktsymbole bezeichnet, die in der Zeichnungslegende definiert sind. Aus der Tabelle V ist in Verbindung mit Fig.2 zu entnehmen, dass sowohl der C- als auch der N-Gehalt sehr kritisch ist, und dass diese kritische Eigenschaft in gewissem Grade durch das beigesellte Cr und Mo beeinflusst wird.

109853/1146

Tabelle V - Werte der Fig,2

Zusammensetzungen Legierungs- in Gew.% Cr + Mo; nummer Teile/Mill. C + N

Cr 27,5

Mo 4,2

(3 16

208

KMnO,- 1NaCl* Testnr.

■

ρ

Testergebnisse Π ^5^^ J^μ Jj ζ; jfc I ij^J j· J ^g1 ^ 1 Testnr.2 HgSO^Testnr

HAZ. S<

( < .5

■; ρ·:;;

' nicht geprüft) /Pr bestand den Test) [ Ft versagte im Test) Biege- Spannungs test korrosions- Nr..4 test Nr. 5

P

ED-26OA

.

"■""' 529

28,5

4,5

24

555 '

P

. P P.

■ p

shweiss- BP naht P P

'.Pv "..

P

■ -, ' P

**552

51,0

5,5

10

265

• p

. P

• P

..·"■ ' .F

P

■'.ρ ■■

.'··'■ P'

• ■''. ' ' P ·'

627

55,0

4,0

59

520

■■ ■: p ,

- ·■

P

: ■■■■'}-': P

P

.".ρ".1:.

p

.■.;■'■ ■ ■. ,

■668

27,0

5,5

20

225

- ρ /

.'"' ■: p

' -''1^'"..' ρ

■'■-v'p;

':'p ■·'■

:.··.7-Ρ,:'.· ..;■

;■■■■■■■■· ..·.■■ ρ ;

495

29,0

4,0

18

259

-

■ ■ "· -:p'

.;' _■■■■·■.·'■■.: p.

.;,.;. ρ

■': jp;.;

;:.:ί·.ρ;;·",::

·'· ' " · .P

455

.27,0

5,0

10

285

P

■ ■ "' p.

;;,. P,

p '■■

■■■■■'■ P .";. ■ . .

■ ■■'.::'. '. '■ ' F .

K)

492

51,5

5,0

7

255

P

V.'.?·'· ρ

:'· -"1P"

:'. ρ ■ .■■'Ρ··'·\ ρ

■■: ' ρ ■' '■

■ ■'"' _.·' - .'■ ■

m

0 628 co

51,0 55,Q 55,0

5,0 2,5 5,5

25 25 7

290 100 185

P

- ^ ν ρ

"'" ' P.:'

·. ρ · ■

P(F)*

.■■".<.■: ■' ■' ■ r ' .

OO

S 612 "615. — 650

28,5

4,0

56

198

• . ·. .· ρ

P .·' V P'

"■ . ?' ·'■'· ν P '■■'■, .'■ ρ

P

• " f.- ': .'■: F-

°> 657

28,5

4,0

114

208

P ρ . P

P

P

F ;

F

458 \. 1

♦zweite Probe

ρ

F

. F

P

P

Cr 28,5

f Fortsetzung, eier

C 118

N 65

Tabelle V

- Werte der

FiK.

2

HAZ Schweiss- naht P F

P

i

Biege test Nr. 4 '

1 ro : Spannungs- 0 korrosions- · test Nr. 5

■

ρ !-λ

33,0

ν Zusammensetzungen in Gew.% Cr + Mo; Teile/Mill. C + N

109

68

KMnO21- NaCl* Testnr.

Testergebnisse FeCl-j Fe2(SO4),- 1 Testnr.2 H2SO4TeStnr

F

P

P ' .

ρ

. .K)

Legierungs nummer

27,0

Mo 4,0

10

305 ...

P

P

P

• BP P

p .■■■'■

■■, p .'■ ■ ' ■ ■''■'■

• CD p 00

459

34,0

3,0

26

300

P

F

p

P-

P

ρ . ■

·- ' . : ' ■ ' . ■ ■ ;.■'.

599

28,0

6,0

29

209

■ '■ . ~ :

■ '.'. p..''

F

ρ

P

P

494

25,0

2,0

18

268 ; ' ...

p

• , F :'; ■"

.. p-

■' ■ ;p..

P

p ·

613

28T5

3,5

14

239.

-

.F .r ■

P

F

P

F

- -

497

29,0

5,0

856

219

P ·

' . . ■ F .

F

·· F P

P

p . "■■

594

27,5 28,5

4,0

14 33

204 267

■ -

F. " .

P P

P

P

' F · .

465

28,5

171

70

P

-■ p

P

P

P

—

28,5

3,0 3,0

22

239

P-

■ ■ :. 'F' F;

. F

F

P P

P

»450

26.0

26

204

P

P

F

:P

F

H460

4,0

p'

ρ

P

P

«464

I1O

-

F

P

487

Portsetzung der Tabelle V - Werte der Fig.2

Zusammensetzungen Leglerungs- in Gew.% Cr + Mo; nummer Teile/Mill. C + N ,

Cr

Mo

C

N

. KMnO2,- ·· ■ Nacr* Testnr.

Testergebnisse 1 Testnr.2 HgSO^Testn:

HAZ

•

Schweiss- BP naht

P

Biege test Nr. 4

Spannungs- korrosiohs- test Nr. 5

32,0

2,5

22

215

F

F

F

589

28,5

4,5

334

25

P

F ·

F

F

F

F

-

***531

28,5

4,0

I89

89

P

F

F

F

P

F

- ' .

461

27,0

3,0

48

255

P

F ·

: F

P

P

F · ■ ·

582

33,0

·1ι5

22

195

F

F

P

P

P

' P . :

P

587

26t0

lt0

■ 15

. 90

P "...

F

F

. F

F

F

530

29,0

4,7

48

372

F

F

F

F

P

ρ *

4θ8

— *

F . '

#* Mangel, dem durch Erhitzen während einer Stunde auf 1093°C und Abschrecken mit Wasser abgeholfen wird.

*** Mangel, dem durch Erhitzen während einer Stunde auf 1093°C und Abschrecken mit Wasser nicht abgeholfen wird.

109853/1146

4>CD OO

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, dass die erfindungsgemässen Legierungen Nachschweissdehnbarkeit und gute Spannungskorrosionsbeständigkeit aufweisen und diese Eigenschaften zusätzlich zu den folgenden besitzen:

(1) In der Fläche A, die sich aus den Bereichen A, und A₂ zusammensetzt, sind sie äusserst beständig gegen Lochfrass, sowohl was den Test Nr. 1 (Permanganat-Chlorid) als auch den Test Nr. 2 (Eiseritll )-chlorid) angeht j

(2) In der Fläche C, die sich aus den Bereichen C^ und C₂ zusammensetzt, sind sie sehr beständig gegen Lochfrass, was den Test Nr. 1 angeht;

(3) Im Bereich B sind sie gleichermassen beständig wie in der Fläche A und ausserdem passiv und beständig gegen Korrosion in siedender, 10#iger H₂SO₂,;

(4) Im Bereich D sind sie gleichermassen beständig wie in der Fläche C und ausserdem passiv und beständig gegen Korrosion in siedender, 1Obiger H₂SO^.

Ausserhalb der Flächen A und C und der Bereiche B und C (zusammengenommen) sind Fe-Cr-Mo-Legierungen in einer oder mehreren Beziehungen mangelhaft. Beispielsweise erleiden die Legierungen unterhalb des Bereichs C starken Lochfrass in dem weniger scharfen Test Nr. 1 (Permanganat-Chlorid-Angriff) und können dazu auch einem interkristallinen Angriff unterliegen, woraus sich ein!Körnungsverlust ergibt, obgleich sie nach dem Schweissen duktil sein können.

Unterhalb des Bereichs D erleiden die legierungen nicht nur Lochfrass und interkristallinen Angriff, sondern sind auch spröde nach dem Schweissen. Rechts von den Bereichen B und D

- 35 -

1098S3/1U6

sind die Legierungen spröde nach dem Schweissen, während die Legierungen oberhalb der Fläche A und des Bereichs B entweder spröde sind, so dass sie während des Biegens nach dem Schweissen brechen, oder anderweitig während des Spannungskorrosionstests reissen.

Die Begrenzungslinien der Bereiche sind überraschend scharf. Eine Änderung von weniger als 0,1 $ Mo oder Cr ruft dabei eine kritische Änderung der Lochfrassbeständigkeit von gut auf schlecht bzw. von "Annahme" auf "Zurückweisung" hervor.

Was die Legierungen der Fig. 2 betrifft, so versagten die meisten Prüfkörper durch interkristallinen Korrosionsangriff, obgleich einige auch im Lochfrasstest versagten, nach dem Schweissen spröde waren oder durch Spannungskorrosion versagten,

E. Zusatz-von anderen Metallen zu Fe-Cr-Mo-Legierungen

Um die möglichen Vorteile anderer Zusatzstoffe zu bestimmen, wurde eine Anzahl von Prüfkörpern hergestellt, die 28-29$ Cr, 4-4,5$ Mo plus einzelne Metalle in den in der Tabelle VI angegebenen Bereichen enthielten. Die speziellen Zwecke, für welche die verschiedenen Zuschläge erfolgten, sind zusammen mit einem kurzen Bericht der festgestellten Nebenwirkungen angegeben.

- 36 -

109853/1 U6

ED-260A

Tabelle VI

Zweck

Kornverfeinerungsmittel

a) zur Verhinderung a) von IGA

b) Kornverfeinerungsraittel

Feld A₂ - C₂

Passivität in siedender, lO^iger H₂SO₄

Passivität in siedender, 1Obiger H₂SO₄

Bestandteil und Mengen

Aluminium 0,10 - 0,60 %

Titan oder Niob 0,20 - 0,60 %

Platin

0,006 - 0,30 #

Palladium 0,02 - 0,20 %

Iridium

0,015 - 0,10 %

Rhodium

0,005 - 0,10 %

Osmium

0,02 - 0,10 %

Ruthenium 0,020 - 1,50

0,02 % Ruthenium Passivität in sie- + 0,30 ^Aluminium dender, 1Obiger Erzielung des Zweckes - andere Wirkungen

H₂SO₄-

0,01 % Ruthenium + 0,20 % Nickel Ja

Nein. IGA oberhalb der erfindungsgemäss genannten C, N-Grenzen. Erhöhte Neigung zum Biegereissen.
Ja. Korn wurde verfeinert.

Ja. Eigenschaften des Bereiches A₂, C₂ beibehalten.

Ja. Beständigkeit gegen Grübchenbildung in beiden Tests Nummer. 1 und 2 fehlt.

" Eigenschaften des Bereichs A

behalten

plus C₂ bei-

" Beständigkeit im Test Nr. 1 aber nicht im Test Nr. 2. Eine Probe nahe der N-Grenze von 200 Teile/ Mill, zeigte I.G.A.

" Osmiumoxyd hat einen höheren Dampfdruck und ist toxisch. Eigenschaften des Bereichs A_p, C_p beibehalten.

Keine schädlichen Wirkungen bei bis zu 0,3$ Ru beobachtet. Erlitt Spannungäcorrosion oberhalb des Niveaus 0,30$.

Ja. Keine schädlichen Wirkungen beobachtet. Kornverfeinerung festgestellt.

Anforderungen des Bereichs A₂ erfüllt; keine Spannöngskorrosion an dem geshweissten Prüfkörper trotz Ni.

- 37 - 109853/1U6

ED-260A

Si

Fortsetzung der Table VI

Bestandteil und Mengen

Zweck Erzielung des Zweckes - andere Wirkungen

0,20 $ Gold Passivität in sie- Ja.

dender, 10$iger H₂SO₄

Nickel 0,25 " "

bis 2,0 %

Nickel 2,0 bis 3,0 #

Kobalt 2,0 bis 4,0 j&

Zusatz von SiIi- kein Ersatz " eium im Bereich von 1,5-2,0$ zu Legierungen, die 27-30$ Cr und 1,5-2,0$ Mo enthalten.

Beständig im Test Nr. 1, aber nicht im Test Nr. 2.

Spannungskorrosionsbeständigkeit nimmt mit steigendem Nickelgehalt fortschreitend ab.

Wird von selbst wieder passiv und ist beständig im Test Nr. 1, aber nicht im Test Nr. 2.

Spann ungskorrosionsbest äridigkeit stark herabgesetzt. Nicht beständig im Test Nr. 2.

Beständig in den Tests Nr. 1 und Nr. 2.

0,80 Jg Mn + 0,50 Ji-Si

gewöhnlich in handelsüblichen Schmelzen vorhanden.

0,20 % Cu oder in handelsgängigen

0,15 % Ni einzeln Schmelzen gewöhnlich

oder 0,10 % Cu + vorhanden. 0,10 #

Kein Nachteil für irgendwelche Eigenschaften des Bereichs Ag.

Kein Nachteil für die Eigenschaften des Bereichs Ao.

109853/1146

ED-260A

Die Untersuchungsarbeiten, welche in den in der Tabelle VI angegebenen Werten gipfelten, zeigten, dass Zusatzstoffe in Mengen, die geringer sind als die für die einzelnen Bereiche angegebenen Minima, unwirksam waren, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Für die Ruthenium- bzw. Nickelzusätze sind die Eintragungen der Tabelle VI als Tabellen VII und VIII erweitert worden. In diesen Tabellen sind die einzelnen Ergebnisse für verschiedene Proben wiedergegeben. Zusätzlich zeigen diese Tabellen die Wirkung der Selbstwiederpassivierung, die man erhält, wenn eine ausreichende Menge von einem der beiden Zusatzstoffe Ru bzw. Ni anwesend ist.

109853/1 U6

Tabelle VII Wirkung von Ruthen!umzusätzen zu einer Fe-28$ Cr-4$ Mo-Legierung

P = keine GrUbchenblldung — = nicht geprüft

Ruthenium

I 4S· O	O (O	Nr.	(Gew.%)	Zustand	Korrosionsge schwindigkeit (mm/Jahr)
i	00
	(Π "V.	338	0,015	aktiv	1,580 mm
	α	477-A	0,017	aktiv	—
	334	0,020	passiv	1,52
	542	0,20	passiv	0,229
475 683	0,50	passiv passiv	0,0508 0,178
671	0,75	passiv	_ 0,0508
684	1,50	passiv"1"	0,0508
476-A + 0,	0,010 20 Ni	passiv	1,02
		+Selbstre- passivierung

(1) 2# KMnO₄-2# NaCl bei 90° C

(2) 10# FeCl,.6 H₂O bei 50° C mit Spalten O) Magneslum-Chlorld-Test • Lochfrass
KMnO₄-NaCl (1) FeCl,(2)

P P P P P P P

Spannungskorrosion (3)

(siedende, 45#ige MgCl₀-Lösung) «=

beständig (nicht geschwoiss^

beständig (geschweisst) versagte (geschweisst)

tt

ti

Il

ti

beständig

ro

ro

CT) OO

Tabelle VIII

Wirkung von Nickelzusätzen zu einer Pe - 28% Cr -

Mo-Legierung

P a bestand die Prüfung, keine GrUbohenblldung

P = versagte, GrUbchenblldung -- = nicht geprüft

	Legierung	Nickel- Zusatz	Zustand	V VJkAiMJbUVAA afaAA MJUvvtVAAVAVJ. Jf lO^iger H2SO2,,	-	Lochfrass	Xr vv* JL-y V ι ■" w ^ \	2\ korrosion (3) i
	Nr.	(Jew. %)	aktiv	Korrosionsge schwindigkeit (mm/Jahr)	KMnO11-NaCl (l)	P	beständig (geschweisst
	436	0,00	aktiv	1,320	P	P	Il Il
	677	0,10	aktiv	1,600	P	P	beständig
	239	0,20	passiv	.-	,P	P	versagte (geschweist)
	217	0,25	passiv	1,42	P	P	versagte nach 119 Sfcd.
	183	0,30	passiv	1,32	P	P	versagte nach 26l Std„
	191	0,40	passiv	0,737	P	P	versagte nach 16 Std.
	241	0,50	passiv	0,610	P	P	versagte in weniger als 16 Std. K)
19853/	245	1,50		0,152	P		124687
1146

Legierung
Nr.

681
664
658
649

Fortsetzung der Tabelle VIII

.Wirkung von Nickelzusätzen zu einer Fe - 28$ Cr - 4Sj Mo-Legierung

Nickel-Zusatz (Gew.%)

1,80
2,00
2,50
5,00

Zustand

passiv passiv"¹" passiv"¹" passiv⁺

Verhalten in siedender,

!Obiger

£4.

Korrosionsgeschwindigkeit (mm/Jahr)

0,280 0,203 0,254 0,228 Lochfrass

Spannungskorrosion (2)

KMnO₄-NaCl (1) FeCl^(2)

P P P P

⁺Diese Legierungen werden ebenfalls von selbst wieder passiv P P F

CO
W
U>

Fussnoten für Tabelle VIII

(1) 2# KMnO₄ - 2% NaCl bei 90° C

(2) IQg FeCl₅.6 HgO bei 50° C mit Spalten

() Magnesium-chlorid-Test an nichtgeschveLssten Prüfkörpern, ausser wenn vermerkt.

CD OO

ED-26OA

Die Wirksamkeit von Nickel hinsichtlich der Verleihung von Passivität von H₂SO^ ist, wie in Tabelle IX gezeigt wird, eine Funktion sowohl von dem Chrom als auch dem Molybdän. So treten wirkliche Vorteile oberhalb eines Molybdängehaltes von etwa 2,0 % und bei der ungefähren unteren, wesentlichen Grenze für Chrom von 27,5 % auf, wodurch die gestrichelte senkrechte Abgrenzungslinie"festgelegt wird, welche die Fläche Ap von der Fläche A, und Cp von C, der Fig. 1 absetzt.

Ausserdem zeigt sich, wie durch die Legierungsnummer 6^4 in der Tabelle IX angezeigt wird, dass Legierungen, welche den angegebenen Mindestgehalt an Ruthenium aufweisen, denselben Mindestgehalt an Chrom von 27*5 % erlangen.

109853/1U6

Tabelle IX
Wirkung von Nickel- und Rutheniumzusätzen zu Fe-Cr-Mo-Legierungen

P= beständig

P= GrUbchengildung

Zusammensetzung (1)

siedende, 10#lge Schwefelsäure

	I	Legierung	Cr	Mo	Nickel	Zustand
	4*	Q-231	25,0	4,0	0,40	aktiv
	I	Q-232	26,0	4,0	0,40	aktiv
ο		Q-233	27,0	4,0	0,40	aktiv
i		Q-632	26,0	1,0	0,25 ·	aktiv
Z >		Q-191	28,0	4,0	0,40	passiv
r~ Z '		Q-196	28,5	0,0	0,40	aktiv
Ol •Ό		Q-195	28,5	1,0	0,40	aktiv
m	Q-194	28,5	2,0	0,40	passiv
S	Q-193	28,5	3,0	0,40	passiv
	Q-192	28,5	3,5	0,40	passiv
				Ruthenium

Lochfrass KMnO₁,-NaCTT2) FeCl

Q-634

26,0 1,0 0,02

aktiv

P
P
F
P
F
F
F
P
P

F F F

F P F F F F P

Spannungskorrosion «XU (4)

^J (nicht geschwelsst)

' versagte nach 447 Std. beständig versagte nach 447 Std.

versagte nach 26l Std.

O CO OO

(1) Gew.#

(2) 2# KMnO₄ - 2$ NaCl bei 90⁰C

O) IO56 FeCl,·6 H₂O bei 50⁰C mit Spalten

(4) Magnesium- Chlorid Test an ungeschweisstem PrUfkörper

FNJ

INJ

-Ο-

■cn 00.

Die Untersuchung von Zusatzstoffen geniäss der Tabelle VI zeigt, dass:

(1) Aluminium den erfindungsgeraässen Zusammensetzungen in einer Menge von bis zu 0,60 % zugefügt werden kann, um Kornverfeinerung zu erreichen;

(2) Titan und Niob im Gegensatz zu den entgegengesetzten Erwartungen auf Grund des Standes der Technik in den erfindungsgemässen Fe-Cr-Mo-Legierungen nicht wirksam waren, um überschüssigen C oder N zu fixieren, obgleich sie eine ähnliche Kornverfeinerung hervorriefen wie die mit Al erhaltene;

(3) Die Edelmetalle den Zusammensetzungen des Bereiches A₂ halfen, Passivität in siedender, lO^iger H₂SOm zu erzielen, dass aber speziell Palladium und Rhodium in einem geringeren Ausmasse die Lochfrassbeständigkeit herabsetzten. Von den Edelmetallen ist Ruthenium wegen der massigen Kosten, der Wirksamkeit in kleinen Mengen und der Eigenschaft, dass keine Lochfrassbeständigkeit verloren geht, besonders attraktiv; ,

(4) Nickel bei der Erzeugung von Passivierung wirksam ist, aber die benötigten Mengen die Legierungen leicht in MgCl₂-Lösung durch Spannungskorrosion reissen lassen. Jedoch ergaben 0,01$ Ru + 0,20# Ni eine Passivierung ohne Verlust von Spannungskorrosionsbeständigkeitj

(5) Nickel bewirkt im Bereich von 2,0 bis 3,0#, dass die Legierung die Eigenschaft der Selbstrepassivierung erwirbt (vgl. Tabelle VIII). Dies isb jedoch von einem Verlust an

Beständigkeit gegen Grübchenbildung in dem Eisen(lII)-chlorid-Test und in dem Magnesium chlorid-Spannungskorrosionstest begleitet;

(6) Bei Legierungen, welche Mindestmengen von 27 - !>§% Cr und 1,5 -2,0# Mo enthalten, ist es möglich, erhöhte Korrosionsbeständigkeit (d.h. die. Eigenschaften des Bereichs Ag) durch Zusätze von 1,5 - 2,0# Si zu erhalten.

- 45 -

109853/1146

Claims (1)

Patentansprüche

1. Korrosionsbeständige, ferritische Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung mit guter Nachschweissdehnbarkeit, enthaltend Chrom und Molybdän in den Gew.^-Mengen innerhalb der Flächen A₁, A₂, B, C₁, C₂ und D der Fig. 1, höchstens 100 Teile/Mill. Kohlenstoff, höchstens 200 Teile/Mill. Stickstoff und an Kohlenstoff + Stickstoff höchstens 250 Teile/Mill., 0 - 0,6% Aluminium, Titan oder "Niob, 0 - 4,0$ Kobalt, 0 - 3,0# Nickel, 0 - 1,55έ Ruthenium, 0 - 0,3# Platin, 0-0,2 Kupfer, Palladium oder Gold, 0 - 0,l# Iridium, Rhodium oder Osmium und

als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen.

2. Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Chrom und das Molybdän in Gew.#- Mengen innerhalb der Flächen A₁ und A₂ der Fig. 1 einverleibt sind.

3. Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,· dass das Chrom und das Molybdän in Gew.#- Mengen innerhalb der Fläche B der Fig. 1 einverleibt sind.

4. Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch ' gekennzeichnet, dass das Chrom und das Molybdän in Gew.%-Mengen innerhalb der Flächen C₁ und C₂ der Fig. 1 einverleibt sind.

5. Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Chrom und das Molybdän in Gew.%-Mengen innerhalb der Fläche D der Fig. 1 einverleibt sind.

- 46 -

109853/1146

Abwandlung der korrosionsbeständigen, ferritIschen Eisen-Chrom-Molybdän- Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 27 - 305ε Cr und 1,5 - 2,0$ Mo vorhanden sind und 1,5 - 2,0$ Si zugefügt werden.

7· Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 0,8$ Mn und 0,5$ Si vorhanden sind.

8. Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Chrom und das genannte Molybdän in Gew.^-Mengen innerhalb der Flächen A₂ und C₂ der Fig.l zusammen mit 0,25 - 3*0 Gew.# Ni einverleibt sind.

9· Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass 28,5 - 30,5$ Cr und 3,5 - 4,5$ Mo vorhanden sind.

1 09853/ 1 1 46