DE2135180B2 - Verwendung eines niedrig gekohlten, nicht rostenden nickel-chrom-stahls mit hoher spannungsrisskorrosionsbestaendigkeit - Google Patents

Verwendung eines niedrig gekohlten, nicht rostenden nickel-chrom-stahls mit hoher spannungsrisskorrosionsbestaendigkeit

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DE2135180B2
DE2135180B2 DE19712135180 DE2135180A DE2135180B2 DE 2135180 B2 DE2135180 B2 DE 2135180B2 DE 19712135180 DE19712135180 DE 19712135180 DE 2135180 A DE2135180 A DE 2135180A DE 2135180 B2 DE2135180 B2 DE 2135180B2
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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines niedrig gekohlten, nicht rostenden Nickel-Chrom-Stahls für Bauteile mit hoher Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit
Aus Werkstoff-Handbuch Stahl und Eisen, 4. Aufl., 1965, Blatt 071-1 ist bekannt, daß Chrom- und Chrom-Nickel-Stähle, die noch weitere Legierungszusätze enthalten können, hohe Korrosionsbeständigkeit in oxidierend wirkenden Angriffsmitteln zeigen. Hiernach soll den Chrom-Mangan-Nickei-Stählen jedoch geringe Bedeutung zukommen.
Legierungen des Eisens mit Nickel oder Nickel und Chrom, die korrosions- und oxidationsbeständig sind und einen so hohen Gehalt an Nickel oder Nickel und Chrom haben, daß sie austenitsch sind und das austenitsche Gefüge auch bei allen Gebrauchstemperaturen beständig ist, sind aus dem DT-PS 6 33 870 bekannt. Es sind darin jedoch keine Angaben enthalten, in welchen Grenzen die entsprechenden Legierungsbestandteiie zu enthalten sind, um einen nicht rostenden Nickel-Chrom-Stahl mit hoher Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit zu schaffen.
Weiterhin sind aus der OE-PS 1 46 720 Stähle mit hoher Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion mit hoher Schwingungsfestigkeit bekannt. Eine derartige interkristaliine Korrosion tritt bei rein austenitschen Chrom-Nickel-Stahllegierungen auf. wenn diese bei ihrer Herstellung oder während ihrer Verwendung einer einer Anla3behandlung gleichkommenden Erwärmung auf 500° bis 90O0C und dem Angriff korrodierender Agenzien ausgesetzt werden. Bei derartigen Stählen wird Chromkarbid an den Korngrenzen abgelagert und um diese herum bilden sich chromarme Bereiche aus. Jedoch weist dieser Stahl keine Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit auf. Die interkristalline Korrosion und die Spannungsrißkorrosion sind unterschiedliche Korrosionserscheinungen. Die Spannungsrißkorrosion tritt auf, wenn auf einen Werkstoff neben dem elektrochemischen Angriff gleichzeitig mechanische Spannungen einwirken. Die Spannungsrißkorrcsion bewirkt eine schnelle Zerstörung des Werkstoffs durch Rißbildung und korrosive Auflösung. Durch die Spannungsrißkorrosion, die beispielsweise durch hohe Temperaturen, hohen Wasser- oder Dampfdruck und mechanische Spannungen herbeigeführt werden kann, wird der passivierende Überzug zerstört, und es bilden sich ungeschützte Bereiche aus, die durch die Korrosion angegriffen werden, so daß Risse entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nichtrostenden Nickel-Chrom-Stahl für Bauteile mit hoher Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit zu verwenden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Stahl, bestehend aus weniger als 0,03% Kohlenstoff, 0,2 bis 4% Silizium, 0,1 bis 3% Mangan, 12 bis 45% Nickel, 15 bis 35% Chrom und 0,2 bis 4% Vanadium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, verwendet wird. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Stahl eine hohe Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit aufweist und somit für Bauteile mit hoher Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit Verwendung finden kann.
Eine vorteilhafte Ausführung der Legierung enthält noch 03 bis 4% Kupfer und Molybdän. Durch diesen Zusatz wird die Korrosionsbeständigkeit erhöht, ohne daß die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit herabgesetzt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sind nachstehend Ausführungsbeispiele beschrieben und die Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben.
Beispiel
Nach üblichen Verfahren wurden nichtrostende Stähle mit den in der Tabelle 1 angegebenen chemischen Zusammensetzungen hergestellt.
Tabelle
Chemische Zusammensetzung (%)
C Si Mn P
Cu Ni
Cr
Mo
Al
Erfindungsgemäße
Stähle
A-I 0,007
A-2 0,006
A-3 0,011
A-4 0,012
A-5 0,012
A-6 0,009
A-IO 0,009
A-12 0,011
A-14 0,008
0,74 1,62 0,012 <0,01 34,98 24,58 <0,01 0,92
0,66 1,45 0,013 <0,01 35,23 24,97 <0.01 1,93
1,52 1,54 0,013 <0,01 24,14 20,15 <0,01 0,96
1,62 1,53 0,015 <0,01 24,71 20,26 <0,01 2,00
2,02 1,56 0,012 <0,01 16,14 18,02 <0,01 0,99
2,14 1,54 0,015 <0,01 16,09 17,93 <0,01 2,12
2,17 1,54 0,011 <0,01 24,75 20,12 <0,01 2,12
2,14 1,53 0,014 <0,01 34,58 25,13 2,17 2,08
2,19 1,52 0,009 0,89 24,58 20,13 2.23 2.16
Fortsetzung Chemische Zusammensetzung (%) Si Mn P Cu Ni Cr Mo V Al
C
Nr. 0,07 1,44 0,014 <0,01 34.63 24,61 <0,01
Vergleichsstähle 0,012 1,51 1,40 0.011 <0,01 24,42 20,47 <0,01
A-16 0,013 2,72 134 0,013 <0,01 16,09 18,03 <0,01
A-17 0,017 0,58 1,28 0,015 <0,01 34,72 24,49 <0,01 0,98
A-18 0,07 1,47 136 0,013 <0,01 2435 19.69 <0,01 0,95
A-19 0,07 2,65 1,46 0,012 <0,01 16,11 17.75 <0,01 1,89
A-20 0,08 22\ 136 0,034 <0,01 24,62 19,74 <0,01
A-21 0,018
A-22 0.28 0,19 0,005 0,01 75,24 15,63 0,01 <0,01
Inconel 0,03
A-23 0,62 1,22 0,023 0,06 33,05 21,12 0,01 <0,01
Incoloy 0,05
A-24
Handelsübliche
austenitische
nichtrostende 0,65 1,78 0,025 0,07 9,25 18,65 0,06
Stähle 0,06 0,54 1,66 0,023 0,03 1330 16,50 2,14
A-25 0,06 0,60 1,75 0,022 0,07 11,10 17,50 0,06 Ti 0,44
A-26 0,06 0,66 1,69 0,024 0,07 11,70 17,60 0.07 NbO 7
A-27 0,05
A-28
Die in der Tabelle 1 angegebenen Prüflinge wurden lösungsgeglüht und gegebenenfalls sensibilisiert. Nach dem Lösungsglühen wurden die Prüflinge A-I bis A-22 nach dem Erhitzen auf 11500C, A-23 nach dem Erhitzen auf 920°C, A-24 nach dem Erhitzen auf 1150°C und A-25 nach dem Erhitzen auf 1100°C mit Wasser gekühlt. Die zu sensibilisierenden Prüflinge wurden 5 Stunden lang auf 677°C erhitzt und dann in Luft gekühlt. Die Prüflinge wurden auf Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit bei 3000C in einer Umgebung von Wasser oder Dampf bei einer hohen Temperatur und unter einem hohen Druck
geprüft, wobei das Wasser bzw. der Dampf Chlorionen enthielt (550 ppm Cl, zugesetzt als NaCI) und (bei Zimmertemperatur) mit gelöstem Sauerstoff gesättigt war. Zur Aufrechterhaltung der Prüfbedingungen wurde die Lösung jeweils nach 100 Stunden erneuert. In diesem Zeitpunkt wurde die Rißbiidung kontrolliert. Die Prüfung wurde bis zu 1000 Stunden lang fortgesetzt, wenn keine Rilibildung beobachtet wurde. (Es wurden jeweils zwei Prüflinge plattiert und auf einem Dorn mit einem Radius von 7,5 mm in eine Doppel-U-Form gebogen.) Das Ergebnis ist in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2 Zeit bis : :ur Rißbildung KR (Stunden) KR Dampfphase KR Sensibilisiert KR
Auswertung Flüssige Phase KR KR Lösungsgeglüht KR KR
Phase Lösungsgeglüht KR KR KR KR KR
Wärmebehandlung KR Sensibilisiert KR KR KR KR KR
Erfindungsgemäße Stähle KR KR KR KR KR KR KR
A-I KR KR KR KR KR KR KR KR
A-2 KR KR KR KR KR KR KR KR
A-3 KR KR KR KR KR KR KR KR
A-4 KR KR KR KR KR KR KR KR
A-5 KR KR KR KR
A-6 KR 800 KR 500 KR 600 KR 400
A-IO KR 800 KR 600 KR 900 600
A-12 KR KR KR 600 1000 400 600
A-14 700 KR 300 600 700 b00 200
Vergleichsstähle 600 800 200 800 600 600 100
A-16 KR 400 900 300
A-17 KR 500 500 200
A-18 600 600 500
A-19 600 300
A-20 200
'f
Fortsetzung Zeit bis ; zur Rißbildung 700 (Stunden) 100 Dampfphase 400 Sensibilisiert 300
Auswertung Flüssige Phase 400 300 Lösungsgeglüht 500 200 400
Phase Lösungsgeglüht 600 300
Wärmebehandlung 700 KR Sensibilisiert 500 500 KR 500
A-21 600 200 500
A-22 400 300 200 KR 300 200
lnconel KR 200
A-23 300 500
Incoloy 500 100 100. 200 100
A-24 200 200 100 100 100 100
Handelsübliche austenitische 100 100 100 100 100 100
nichtrostende Stähle 100 200 100 100 200 100 100
A-25 200 100 too 100
A-26 100 100 100
A-27 100 100
A-28 100
Anmerkung: KR besagt, daß in einer Prüfung von 1000 Stunden keine Rißbildung auftrat.
Als Prüflinge wurden schmale Streifen in einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 75 mm verwendet.
Mehrere Prüflinge aus erfindungsgemäßen Stählen und Vergleichsstählen der Tabelle 1 in Form von schmalen Streifen in einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 75 mm, die jedoch nicht zu einer Doppel-U-Form gebogen worden waren, wurden ohne Ausübung von Spannungen bis zu 1000 Stunden lang unter den vorstehend genannten Bedingungen (300° C in Wasser bei hoher Temperatur und einem hohen Druck, wobei das Wasser bei Zimmertemperatur mit gelöstem Sauerstoff gesättigt war und Chlor [500 ppm Cl, zugesetzt als NaCl] enthielt) auf Korrosionsrißbeständigkeit geprüft. Das Ergebnis ist in der Tabelle 3 angegeben.
45
Tabelle 3 Korrosion
Nr. (mg/cm2)
0,51
A- 2 0,74
A- 4 1^2
A- 6 0,14
A-12 0,10
A-14 134
A-21
5.s
Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, zeigte sich bei den erfindungsgemäßen Stählen, die nicht nur lösungsgeglüht, sondern auch sensibilisiert worden waren, keine Rißbildung, auch nach einer Prüfung von 1000 Stunden in der flüssigen und der Dampfphase keine Rißbildung. Dagegen zeigte sich eine Rißbildung unter fast allen Bedingungen bei den Vergleichsstählen A-16 bis A-18, die weder Vanadiumnoch Aluminium enthielten, A-19 bis A-21. die einen hohen Kohlenstoffgehalt hatten, und A-22, der einen hohen Phosphorgehalt hatte. Das spannungsrißkorrosionsbeständigste der bekannten Materialien ist das lnconel. Es zeigt keine Rißbildung
60 nach dem Lösungsglühen, während nach einer Sensibilisierung nach 300 bis 500 Stunden ein? Rißbildung auftritt. Wenn Incoloy oder andere handelsüblichen nichtrostenden Stähle nicht nur sensibilisiert, sondern auch lösungsgeglüht sind, zeigen sie unter fast allen Prüfbedingungen eine Rißbildung nach wenigen hundert Stunden.
Aus dem Versuchsergebnis gemäß der Tabelle 3 geht hervor, daß erfindungsgemäße Stähle mit einem Zusatz von Kupfer und Molybdän eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit haben.
Die chemische Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Stähle ist auf folgende Überlegungen zurückzuführen.
Der Kohlenstoffgehalt liegt unter 0,03%, weil Kohlenstoff die Spannungsrißkorrosionsempfindlichkeit in reinem Wasser und in Chlorionen enthaltendem Wasser und Dampf bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck erhöht.
Bei einem Siliciumgehalt unter 0,2% findet keine genügende Desoxidation statt und kann die Spannungsrißkorrosion in Anwesenheit von Vanadium und Aluminium nicht verhindert werden. Ein Siliciumgehalt über 4% beeinträchtigt die Schweißbarkeit und Verarbeitbarkeit.
Bei einem Mangangehalt unter 0,1% treten Schwierigkeiten hinsichtlich der Desoxidation und der Warmverformung auf. Bei einem Mangangehalt über 3% wird die Herstellung und Verarbeitung des Stahls schwierig.
Stähle mit einem Nickelgehalt unter 12% haben ein unstabiles Austenitgefüge und eine geringe Korrosionsbeständigkeit. Es muß mindestens so viel Nickel vorhanden sein, daß ein Gleichgewicht mit den ferritbildenden Elementen Chrom und Silicium aufrechterhalten wird. Mit dem Nickelgehalt nimmt auch die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit zu. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen soll der Nickelgehalt jedoch 45% nicht überschreiten.
Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit, die bei einem Chromgehalt unter 15% nur gering ist. Stähle mit einem Chromgehalt über 35% können nur schwer verarbeitet werden.
Der Zusatz von Vanadium zu den erfindungsgemäßen Stählen bis zu 0,2% hat im wesentlichen keinen Einfluß
auf die Spannungsriükorrosionsbeständigkeit. Bei einem Zusatz von über 4% wird die Verarbeitung erschwert. Die Gesamtmenge des Vanadiums liegt im Bereich von 0,2 bis 4%, damit bei der Verarbeitung keine Schwierigkeiten auftreten.
Die Korrosionsbeständigkeit unter sehr stark korrodierenden Bedingungen kann durch einen Zusatz von Molybdän und Kupfer erhöht werden, ohne daß dadurch die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit beeinträchtigt wird.
Durch einen Zusatz von weniger als 0,3% Molybdän wird die Korrosionsbeständigkeit nicht merklich verändert. Durch einen Gehalt von mehr als 4,0% Molybdän wird die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeil herabgcsct/l.
Durch einen Zusatz von weniger als 0,J% Kupfer wird die Korrosionsbeständigkeit nicht merklich verändert. Durch einen Gehall von mehr als 4,0"/(I Kupfer wird die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit herabgesetzt.
Der Zusatz von Molybdän und Kupfer /u den Stählen zwe.Ks Erhöhung der allgemeinen Korrosionsbeständigkeit erfolgt daher vorzugsweise in einer Gesamtmenge von 0,} bis 4,0%, damit die Spannungsriilkorrosionsbeständigkeit nicht beeinträchtigt wird.
/1)9 525/193

Claims (2)

'•f Patentansprüche:
1. Verwendung eines niedrig gekohlten, nicht restenden Chrom-Nickel-Stahls bestehend aus weniger als 0,03% Kohlenstoff, 0,2 bis 4% Silizium, 0,1 bis 3% Mangan, 12 bis 45% Nickel, 15 bis 35% Chrom und 0,2 bis 4% Vanadium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, für Bauteile mit hoher SpannungsriBkorrosionsbeständigkeit
2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, der zusätzlich 03 bis 4% Kupfer und Molybdän enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
DE19712135180 1970-07-14 1971-07-14 Verwendung eines niedrig gekohlten, nicht rostenden nickel-chrom-stahls mit hoher spannungsrisskorrosionsbestaendigkeit Ceased DE2135180B2 (de)

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