DE2153766B2 - Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle für Apparatebauteile - Google Patents

Description

4 bis 6% Molybdän ^Io

Obis 5% Nickel

Obis 2% Kupfer

0 bis 1 % Mangan

Obis 2% Silizium

0 bis 0,5% Titan, Zirkonium, Niob/Tantal, ¹⁵ _{Dfc Erfindung} grifft die Verwendung eines ferri-

*u- nm./^"*¹""¹⁶¹¹'⁶"" tischen Chrom-Molybdän-Stahls mit guten mecha-

9 bis U,U1 /_o Bor nischen Eigenschaften als schweißbarer, duktiler und

Rest Eisen sow,e schmektechmsche ausreichend kaltzäher Werkstoff für Apparate- und

Verunrein.gungen, _{ao An:agenbaute}iie. wie Pumpen und Rohrleitungen, die

für Apparate- und Anlagenbauteile, wie Pumpen Brack-, Brauch- oder Meerwasser sowie Salzsolen mit

Und Rohrleitungen, die Brack-, Brauch- und Meer- erhöhter Chloridkonzentration ausgesetzt sind und

wasser sowie Salzsolen mit erhöhter Chloridkon- unter Ankrustungen und in Spalten erhöhte Korro-

Eentration ausgesetzt sind und unter Ankrustungen sionsbeständigkeit aufweisen müssen.

Und in Spalten erhöhte Korrosionsbeständigkeit as Für diesen Einsatz sind die bekannten austenitischen

Rufweisen müssen. Chron-Niekel- und Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle

2. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- bei erhöhten Temperaturen insbesondere wegen ihrer Stähle nach Anspruch 1, jedoch mit 19 bis 21 "ή Neigung zu Spannungsrißkorrosion nicht geeignet. Chrom und 4 bis 5,5"„ Molybdän für den Zweck Außer Legierungen auf Kupfer-, Aluminium- und nach Anspruch I. ₃o Nickel-Basis kommen hierfür bei nicht zu hoher

3. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- Chlorid- und Temperaturbeanspruchung ferritisch-Stähle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, austenitische Stähle und austenitische Chrom-Nickeljedoch mit Molybdän-Stähle mit über 30",, Nickel in Frage. Die

<0,01 "„ Kohlenstoff ferritischen Chrom- und Chrom-Molybdän-Stähle sind

iO.01 "I Stickstoff 35 ebenfalls spannungsrißkorrosionsbeständig, die han-

und <o!öl \ Kohlenstoff und Stickstoff delsüblichen Stähle mit bis 18",, Chrom und bis 2"_n

für den Zweck nach Anspruch 1 Molybdän besitzen allerdings bei höherer Chlorid- und

Temperaturbeanspruchung keine ausreichende Be-

4. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- ständigkeit.

Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, jedoch mit ₄₀ Fs ist bekannt, daß die Beständigkeit dieser Stähle

1.5 bis 4 "„ Nickel gegen Chloridlösungen durch Erhöhen des Chrom- und

für den Zweck nach Anspruch 1. Molybdängehalts verbessert werden kann, wobei die

Wirksamkeit eines Zusatzes von 1 °„ Molybdän der

5. Verwendung rerritischer Chrom-Molybdän- von etwa 3°_o Chrom entspricht. Ferritische Chrom-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, jedoch mit ₄₅ und Chrom-Molybdän-Stähle üblicher Erschmelzung

0,5 bis 2"„ Kupfer mit "her 18% gesteigertem Chromgehalt und/oder

für den Zweck nach Anspruch 1. über 2"„ gesteigertem Molybdängehalt haben jedoch

, .. , *·■.„, n , . . wegen ihrer mangelnden Zähigkeit bei Raumtempera-

6 Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- _{tur und ]hrer} /Anfälligkeit für interkristalline Korrosion

Stahle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, jedoch mit _{50 jm gesc}hweißten Zustand nur vereinzelt Anwendung

0,5 bis 2 "ή Silizium unter korrosionschemischer Beanspruchung gefunden,

für den Zweck nach Anspruch 1. wie z. B. die Werkstoffe X 8 Cr 28 (Werkstoff-Nr.

7. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- ?⁰⁸⁴> ^{mit 28}"° ^Chr?^{m und AIS1 4}^ ^{mit 25% ChrOm}

Stähle nach einem der Ansprüche Ibis 6, jedoch mit "^!!ft',, .... . ·, . _h.. .·

55 Als Ursache fur die Kaltsprödigkeit wie auch fur die

°·⁰¹ bis 0,5 "„Titan, Zirkonium, Niob und/ Empfindlichkeit gegen interkristalline Korrosion dieser

^ode^r einzeln oder zu mehreren chromreichen ferritischen Stähle aus üblicher Erschmel-

für den Zweck nach Anspruch 1. _2ung werden die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte

8. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- angesehen. Wegen der sehr geringen Löslichkeit des Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, jedoch mit ^6o chromreichen ferritischen Mischkristalls führen be-

_nr.„, ,. _nrvmo/₀ ^re|ts Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte von etwa

... ,^υ·^υυ' "'s υ.υιυ/ Bor ₀₀₁„_{/o zuf Ausscheidung von} Chromkarbiden bzw.

fur den Zweck nach Anspruch 1. -nxtxia^ was einerseits die Kerbempfindlichkeit und

9. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- Kaltsprödigkeit verursacht und andererseits durch Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der 65 Auflösen der Karbide und Nitride in der Hochtempe-Ansprüche 1 bis 8 für Teile des Schiffbaus, die den raturzone neben der Schweißnaht und Wiederausscheiin Anspruch 1 genannten Beanspruchungen aus- dung auf den Korngrenzen beim Abkühlen die Angesetzt sind. fälligkeit gegen interkristalline Korrosion hervorruft.

3 4

Seitdem es gelungen ist, durch Vakuumerschmelzung gemäß zu verwendenden ferritischen Chromstähle verdie Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte unter 0,01 % zu bessert werden. Dem gleichen Ziel dient der mögliche senken, sind chromreiche ferritische Stähle mit 26% Zusatz von 0 bis 0,01% Bor, durch den außerdem die Chrom und 1 bzw. 2% Molybdän, 2«% Chrom und Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion in den 2% Molybdän und 35% Chrom ohne Molybdän be- 5 Schweißübergangszonen verbessert wird,
kannt geworden, die beständig gegen interkristalline Auf Grund ihrer Eigenschaften eignen sich die erKorrosion sind und bei Raumtemperatur noch eine findungsgemäß zu verwendenden ferritischen Chromgute Zähigkeit aufweisen. Diese Stähle mit Ausnahme Molybdän-Stähle insbesondere für den Schiffbau, für des molybdänfreien Stahls wurden wegen ihrer Be- Wärmeaustauscher und für Meerwasser-Entsalzungsständigke^:t gegen Spannungsrißkorrosion auch für den io anlagen.

Einsatz in chloridhaltigen Medien bei erhöhten Tempe- An Hand der folgenden Angaben wird der durch die

raturen empfohlen. So ist aus der USA.-Patentschrift Erfindung erzielbare technische Fortschritt dargelegt.

2 110 891 ein ferriiischer Chromstahl mit bis 0,5% In Abb. 1 ist der Verlauf der Kerbschlagzähigkeit

Kohlenstoff, 0,3 bis 0,6% Mangan, bis 0,5% Silizium, für einen in den erfindungsgemäß zu verwendenden

12,5 bis 30% Chrom, 1,5 bis 5% Molybdän, 0,5 bis 15 Zusammensetziingsbereich fallenden Suhl A, dessen

3,5% Titan, Rest Eisen als korrosionsbeständig gegen chemische Zusammensetzung in Tafel 1 angegeben ist,

wäßrige Lösungen von Chlor, unterchlorigen Säuren zwischen +100 und — 100⁰C aufgetragen. Der Steil-

und deren Salze bekannt abfall der Kerbschlagzähigkeit liegt gemäß Abb. 1

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich die be- weit unter 0⁰C.
kannten Stähle in wäßrigen Lösungen mit höherer 20

Chloridkonzentration unter den in der Praxis vor- Siehe Tafel 1.

kommenden verschärften Bedingungen, nämlich unter Aus Abb. 2 ist die Versprödungsneigung desselben

Ankrustungen, in Dampfräumen und in Spalten nicht Stahls A bei langzeitigem Glühen im Temperaturbe-

ohne weiteres als ausreichend korrosionsbeständig reich von 400 bis 1000⁰C zu ersehen. Der Kurvenver-

erwiesen. 25 lauf in Abb. 2 läßt erkennen, daß der Stahl A eine

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, sehr gute thermische Stabilität besitzt, die eine sichere

einen Stahl anzugeben, der auch bei den genannten in Verarbeitung im Apparate- und Anlagenbau gewähr-

der Praxis vorkommenden verschärften Beanspru- leistet.

chungsbedingungen eine ausreichende Korrosionsbe- Neben dem in den erfindungsgemäß zu verwenden-

ständigkeit bei gleich guten mechanisch-technolo- 30 den Zusammensetzungsbereich fallenden Stahl A sind

gischen Eigenschaften wie die der bekannten Stähle in Tafel 1 noch die Zusammensetzungen dreier anders

besitzt. zusammengesetzter Stähle B (Typ 24/3,5 CrMo),

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß C (Typ 28/2 CrMo) und D (Typ 20/2 CrMo) angege-

vorgeschlagen, für den eingangs erwähnten Zweck ben, mit denen der erfindunsgemäß zu verwendende

einen ferritischen Chrom-Molybdän-Stahl mit 35 Stahl A (Typ 20/5) verglichen werden soll.

<(\(\')⁰'κ M rr Nach bisheriger allgemeiner Auffassung ist Molyb-

Tn m °/ Qt° ι ?n ^dän hinsichtlich der Verbesserung der Lochfraßbestän-

1R hk η °/ ^ digkeit etwas dreimal wirkungsvoller als Chrom, d. h.

δ h Z°/ MMkH- J^eweils ' % Molybdän hat in dieser Hinsicht die gleiche

Ob 5 V Nk I ^{an 4}° ^wirkun8 ^{wie 3} % Chrom. Demnach müßte der Stahl A

η h" 5»/Kf mit 20% Chrom und 5% Molybdän etwa die gleiche

η h 1 °/ μ Lochfraßbeständigkeit aufweisen wie der Stahl B mit

η h 50/ In-" 24% Chrom und 3,5% Molybdän und auch wie der

η w. nso/T_t ^IZIUm7· υ · κι· urr 1 ^{Stahl C mit 28}% ^{Chrom und 2}% Molybdän. Diese

0 bis 0,5 /_o T.tan Zirkonium, N.ob/Tantal, _{45 bjsher gükjge A};°_{nahme müßte} eigentlich durch die in

0 hU Ί 01"/ R " ^{ZU mehreren} A bb. 3 für die vier Stähle A, B, C und D aufgetragenen

uoisu,ui/Bor Lochfraßpotentiale in 3% NaCl im Temperaturbereich

Rest E.sen sowie schmelztechn.sche _{yon 25 b}£ _{lQ(fc &αΛ}\_κ Bestätigung finden. Auf

verunreinigungen _{Grund der fgst gkjch ge}|_agerten Lochfraßpotentiale

zu verwenden. 50 müßten die Stähle A, B und C gleich gute Lochfraß-

Es ist bevorzugt, dem Stahl 19 bis 21 % Chrom und beständigkeit besitzen, während für den Stahl D auf

4 bis 5,5 % Mol> bdän zuzusetzen. Grund der unedleren Lochfraßpotentiale gemäß A b b. 3

Die Gehalte an Kohlenstoff und Stickstoff sollten eine schlechtere Lochfraßbeständigkeit zu erwarten

vorzugsweise jeweils <0,01 % und ihre Summe <0,01 % sein müßte.

sein. 55 Es hat sich nun jedoch überraschenderweise heraus-

Die erfindungsgemäß zu verwendenden ferritischen gestellt, daß diese Annahme nicht zutrifft, sondern daß

Chromstähle können neben Chrom und Molybdän tatsächlich folgende Feststellungen gemacht wurden,

zusätzlich noch 0 bis 5%, vorzugsweise 1,5 bis 4% Unter Ankrustungen, im Dampfraum und in Spalten,

Nickel enthalten, durch den die Kaltzähigkeit und d. h. in Bereichen erhöhter Chloridkonzentration

Korrosionsbeständigkeit des Stahls verbessert wird. 60 und/oder abgesenkten pH-Wertes zeigen die Stähle

Weiterhin ist der Zusatz von jeweils 0 bis 2, Vorzugs- C und D gleiches Lochfraßverhalten. Beide Stähle

weise 0,5 bis 2% Kupfer und Silizium möglich, durch zeigen in siedendem Meerwasser von 2 bis 10% NaCl-

die ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit verbessert Gehalt als Bügelproben halb eingetaucht unter sich

wird. bildenden Ankrustungen im Dampfraum schon nach

Durch den bevorzugten Zusatz von 0 bis 0,5 %, «5 wenigen Stunden erheblich fleckenhaften Korrosionsvorzugsweise 0,01 bis 0,5% Titan, Zirkonium, Niob angriff. Etwas besser verhält sich der Stahl B, der erst und/oder Tantal, einzeln oder zu mehreren, kann die nach einigen Tagen die ersten Korrosionserscheinun-Kaltzähigkeit und Verarbeitbarkeit der erfindungs- gen zeigte. Der erfindunessemäß zu verwendende

Stahl A zeigte dagegen trotz erheblicher Ankrustungen auch nach 2000 h noch keine Anzeichen eines korrosiven Angriffs. Damit verhält sich der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl hinsichtlich Lochfraßangriffen in chloridhaltigen Medien in unerwarteter Weise weitaus beständiger als andere ähnlich zusammengesetzte Stähle mit gleichem oder höherem Chrom- aber niedrigerem Molybdängehalt.

Stähle in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungsbereich weisen also optimale Korrosionsbeständigkeit gegen chloridhaltige Lösungen auch unter extremen Bedingungen, wie hohe Chloridkonzentration, erhöhten Temperaturen und unter Ankrustungen, auf und besitzen darüber hinaus gute Duktilität und Kaltzähigkeit, vollkommene Beständigkeit gegen

Tafel 1: Chemische Zusammensetzung der Stähle

interkristalline Korrosion auch im Schweißnahtbereich und eine für eine Verarbeitung ausreichende Gefügestabilität.

Daher eignet sich der erfindungsgemäß zu verwendende ferritische Chrom-Molybdän-Stahl ausgezeichnet als Werkstoff für Apparate- und Anlagenbauteile, wie Pumpen und Rohrleitungen, speziell für den Schiffbau, für Wärmeaustauscher und für Meerwasser-Entsalzungsanlagen, also für Teile, die Brackwasser und Meerwasser auch bei erhöhten Salzkonzentrationen, Salzsolen und Brauchwässern mit hohen Chloridgehalten bei erhöhten Temperaturen und/odet Drücken ausgesetzt sind und unter Ankrustungen und in Spalten erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweiser müssen.

Stahl	C	Si	Mn	Cr	Mo	S	P	N	C+N
	V /0	/0	/0	°/ /0	%	/0	°/ /0	°/ /O	°/ /O
A	0,003	<0,01	<0,01	19,9	4,85	0,008	< 0,005	0,001	0,00<
B	0,001	<0,01	0,01	23,8	3,43	0,008	< 0,005	0,001	0,00;
C	0,002	<0,01	<0,01	28,1	2,11	0,008	< 0,005	0,001	0,00:
D	0,004	<0,01	<0,01	19,6	2,00	0,006	< 0,005	0,001	0,0Of
	Hierzu	2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

10. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-

. , Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der

Patentansprüche: Ansprüche 1 bis 8 für Wärmeaustauscher, die den

^₁. χ, ι uA~ in Ansnruch 1 genannten Beanspruchungen aus-

1 Verwendung ferritischer Chrom-Molybdan- m Ansprucn gciw

Stähle als schweißbarer, duktiler und kaltzäher 5 Sesetzyind^^^ _ferritischer Chrom-Molybdän-Werkstoff mit Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der <0,02% Kohlenstoff Ansprüche 1 bis 8 für TeUe von Meerwasser-