DE2153766C3

DE2153766C3 - Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle für Apparatebauteile

Info

Publication number: DE2153766C3
Application number: DE2153766A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. Brandis; Heinrich Dipl.-Ing. Kiesheyer; Gustav Dr.-Ing. Lennartz
Original assignee: THYSSEN EDELSTAHLWERKE AG 4000 DUESSELDORF
Current assignee: THYSSEN EDELSTAHLWERKE AG 4000 DUESSELDORF
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2153766B2; DE2153766A1

Description

■in

<0,0'% Kohlenstoff

<0,01% Stickstoff und

< 0,0! % Kohlenstoif und Stickstoff

für den Zweck nach Anspruc' 1.

3. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän Stähle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, jedoch mit

1,5 bis 4% Nickel

für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, jedoch mit

0.5 bis 2% Kupfer ⁴^

für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, jedoch mit

0,5 bis 2% Silizium '"

für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, jedoch mit

0,01 bis 0,5% Titan, Zirkonium, Niob und/oder " einzeln oder zu mehreren

für den Zweck nach Anspruch !.

7. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, jedoch mit

0,001 bis 0.010% Bor

Mr den Zweck nach Anspruch L

8. Verwendung ferritischer Chröm-Molybdän·¹ Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für Teile des Schiffbaus, die den in Anspruch 1 genannten Beanspruchungen ausgesetzt lind.

9. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für Wärmeaustauscher, die den in Anspruch 1 genannten Beanspruchungen ausgesetzt sind.

10. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für Teile von Meerwasser-Entsalzungsanlagen,

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines ferritischen, schweißbaren, duktilen und kaltzähen Chrom-Molybdän-Stahles als Werkstoff für Apparate- und Anlagenbauteile, wie Pumpen und Rohrleitungen, die in Brack-, Brauch- und Meerwasser sowie Salzsolen mit erhöhter Chloridkonzentration derart spaltkorrosionsbeständig sein müssen, daß der Werkstoff beim Bügeltest in siedendem Meerwasser mit 2 bis 10% NaCl-Gehalt in Spalten unter Ankrustungen im Dampfraum mindestens 2000 Stunden keinen Korrosionsangriff aufweist

Für diesen Einsatz sind die bekannten austenitischen Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle bei erhöhten Temperaturen insbesondere wegen ihrer Neigung zu Spannungsrißkorrosion nicht geeignet Außer Legierungen auf Kupfer-, Aluminium- und Nickel-Basis kommen hierfür bei nicht zu hoher Chlorid- und Temperaturbeanspruchung ferritischaustenitische Stähle und austenitische Chrom-Nick<*l-Molybdän-Stähle mit über 30% Nickel in Frage. Die ferritischen Chrom- und Chrom-Molybdän-Stähle sind ebenfalls spannungsrißkorrosionsbeständig, die handelsüblichen Stähle mit bis 18% Chrom und bis 2% Molybdän besitzen allerdings bei höherer Chlorid- und Temperaturbeanspruchung keine ausreichende Beständigkeit.

Es ist bekannt, daß die Beständigkeit dieser Stähle gegen Chloridlösungen durch Erhohen des Chrom- und Molybdängehalts verbessert werden kann, wobei die Wirksamkeit eines Zusatzes von 1% Molybdän der von etwa 3% Chrom entspricht. Ferritische Chrom- und Chrom-Molybdän-Stähle üblicher Erschmelzung mit über 18% gesteigertem Chromgehalt und/oder über 2% gesteigertem Molybdängehalt haben jedoch wegen ihrer mangelnden Zähigkeit bei Raumtemperatur und ihrer Anfälligkeit für interkristalline Korrosion im geschweißten Zustand nur vereinzelt Anwendung unter korrosionschemischer Beanspruchung gefunden, wie z. B. die Werkstoffe X 8 Cr 28 (Werkstoff-Nr. 4084) mit 28% Chrom und AISI 446 mit 25% Chrom für Salpetersäureanlagen.

Als Ursache für die Kaltsprödigkeit wie auch für die Empfindlichkeit gegen interkristalline Korrosion dieser chromreichen ferritischen Stähle aus üblicher Erschmel zung werden die Kohlenstoff und Stickstoffgehalte angesehen. Wegen der sehr geringen Löslichkeit des chromreichen ferritischen Mischkristalls führen bereits Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte von etwa 0,01% zur Ausscheidung von Chromkarbiderj bzw, -nitriden^ was einerseits die Kerbempfmdlichkeit und Kaltsprödigkeit Verursacht Und andererseits durch Auflösen der Karbide und Nitride in der Höchtehipefaturzone neben der Schweißnäht Und Wiederausscheidung auf den Körrigrenzen beim Abkühlen die Anfälligkeit gegen interkrl· sfälline Korrosion hervorruft.

Seitdem es gelungen ist, durch Vakuumerschmelzung die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte unter 0,01% zu senken, sind chromreiche ferritische Stähle mit 26% Chrom und 1 bis 2% Molybdän, 28% Chrom und 2% Molybdän und 35% Chrom ohne Molybdän bekanntgeworden, die beständig gegen interkristalline Korrosion sind und bei Raumtemperatur noch eine gute Zähigkeit aufweisen. Diese Stähle mit Ausnahme des molybdänfreien Stahls wurden wtgen ihrer Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion auch für den Einsatz in chloridhaltigen Medien bei erhöhten Temperaturen empfohlen. So ist aus der US-Patentschrift 21 10 891 ein ferritischer Chromstahl mit bis 0,5% Kohlenstoff, 0,3 bis 0,6% Mangan, bis 0,5% Silizium, 12,5 bis 30% Chrom, 1,5 bis 5% Molybdän, 0,5 bk 3,5% Titan, Rest Eisen als korrosionsbeständig gegen wäßrige Lösungen von Chlor, unterchlorigen Säuren und deren Salze bekannt

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich die bekannten Stähle in wäßrigen Lösungen mit höherer Chloridkonzentration unter den in der Praxis vorkommenden verschärften Bedingungen, nämlich in Spalten unter Ankrustungen und in sonstigen Spalten nicht ohne weiteres als ausreichend korrosionsbeständig erwbsen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Stahl anzugeben, der auch bei den genannten in der Praxis vorkommenden verschärften Beanspruchungsbedingungen eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit bei gleich guten mechanisch-technologischen Eigenschaften wie die der bekannten Stähle besitzt. jo

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, für den eingangs erwähnten Zweck einen ferritischen Chrom-Molybdän-Stahl mit

< 0,02% Kohlenstoff r>

< 0,02% Stickstoff
19 bis 21% Chrom

4 bis 5,5% Molybdän

0 bis 5% Nickel

0 bis 2% Kupfer 0 bis l % Mangan

0 bis 2% Silizium

0 bis 0,5% Titan, Zirkonium, Niob/Tantal, einzeln oder zu mehreren

0 bis 0,01% Bor 4-,

Rest Eisen sowie schmelztechnische Verun

reinigungen

zu verwenden.

Die Gehalte an Kohlenstoff und Stickstoff sollten -,0 vorzugsweise jeweils .< 0,01% und ihre Summe <0,01% sein.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden ferritischen Chromstähle können neben Chrom und Molybdän zusätzlich noch 0 bis 5%, vorzugsweise 1,5 bis 4% Nickel enthalten, durch den die Kaltzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls verbessert wird.

Weiterhin ist der Zusatz von jeweils 0 bis 2%, vorzugsweise 0,5 bis 2% Kupfer und Silizium möglich, durch die ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit verbes- _bo sert wird.

Durch den bevorzugten Zusatz von 0 bis 0,5%, vorzugsweise 0,01 bis 03% Titan, Zirkonium, Niob ütid/oder Tantal, einzeln oder zu mehreren, kann die Kaltzähigkeit Und Verarbeitbärkeit der erfindungsge- (,5 maß zu verwendenden ferritischen Chromstähle verbes* sert Werden, Dem gleichen Ziel dient der möglich'» Zusatz von 0 bis 0,01% Bor, durch den außerdem die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion in den Schweißübergangszcinen verbessert wird.

Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sich die erfindungsgemäß zu verwendenden ferritischen Chrom-Molybdän-Stähle insbesondere für den Schiffbau, für Wärmeaustauscherund für Meerwasser-Entsalzungsanlagen.

An Hand der folgenden Angaben wird der duich die Erfindung erzielbare technische Fortschritt dargelegt.

In A b b. 1 ist der Verlauf der Kerbschlagzähigkeit für einen in den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungsbereich fallenden Stahl A, dessen chemische Zusammensetzung in Tafel 1 angegeben ist, zwischen +100 und -100⁰C aufgetragen. Der Steilabfall der Kerbschlagzähigkeit liegt gemäß A b b. 1 weit unter 0⁰C.

Aus A b b. 2 ist die Versprödungsneigung desselben Stahls A bei langzeitigem Glühen im Temperaturbereich von 400 bis 1000⁰C zu ersehen. Der Kurvenverlauf in A b b. 2 läßt erkennen, daß der Stahl A eine sehr gute thermische Stabilität besitzt, die eine sichere Verarbeitung im Apparate- und Anlagenbau gewährleistet.

Neben dem in den erfindungsgemäl) zu verwendenden Zusammensetzungsbereich fallenden Stahl A sind in Tafel 1 noch die Zusammensetzungen dreier anders zusammengesetzter Stähle ß(Typ 24/3,5 CrMo), C (Typ 28/2 CrMo) und D (Typ 20/2 CrMo) angegeben, mit denen der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl A (Typ 20/5) verglichen werden soll.

Nach bisheriger allgemeiner Auffassung ist Molybdän hinsichtlich der Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit etwa dreimal wirkungsvoller als Chrom, d. h. jeweils 1% Molybdän hat in dieser Hinsicht die gleiche Wirkung wie 3% Chrom. Demnach müßte der Stahl A mit 20% Chrom und 5% Molybdän etwa die gleiche Lochfraßbeständigkeit aufweisen wie der Stahl B mit 24% Chrom und 3,5% Molybdän und auch wie der Stahl C mit 28% Chrom und 2% Molybdän. Diese bisher gültige Annahme müßte eigentlich durch die in A b b. 3 für die vier Stähle A, B, C und D aufgetragenen Lochfraßpotentiale in 3% NaCI im Temperaturbereich von 25 bis 100° C auch ihre Bestätigung finden. Aufgrund aer fast gleich gelagerten Lochfraßpotentiale müßten die Stähle A, Bund Cgieich gute Lochfraßbeständigkeit besitzen, während für den Stahl D aufgrund der unedleren Lochfraßpotentiale gemäß Abb. 3 eine schlechtere Lochfraßbeständigkeit zu erwarten sein müßte.

Es hat sich nun jedoch übe^rraschenderweise herausgestellt, daß diese Annahme nicht zutrifft, sondern daß tatsächlich folgende Feststellungen gemacht wurden. Unter Ankrustungen, im Dampfraum und in Spalten, d. h. in Bereichen erhöhter Chloridkonzentration und/ oder abgesenkten pH-Wertes zeigen die Stähle Cund D gle'Λίβ Lochfraßverhalten. Beide Stähle zeigen in siedendem Meerwasser von 2 bis 10% NaCl-Gehalt als Bügelproben ha.b eingetaucht unter sich bildenden Ankrustungen im Dampfraum schon nach wenigen Stunden erheblich fleckenhaften Korrosionsangriff. Etwas besser /erhält sich de^r Stahl B, der erst nach einigen Tagen die ersten Korrosionseigenschaften zeigte. Der erfindungsgemäß 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 Spaltkorrosion in chloridhaltigen Medien in unerwarteter Weise weitaus beständiger als ändere ähnlich zusammengesetzte

Stähle mit gleichem oder höherem Chrom- aber niedrigerem Molybdängehalt.

Stähle in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungsbereich weisen also optimale Korfosionsbe^ ständigkeit gegen chloridhaltige Lösungen auch unter extremen Bedingungen, wie hohe Chloridkonzentration, erhöhten Temperaturen und in Spalten unter Ankrustungen und sonstigen Spalten, auf und besitzen darüber hinaus gute Duktilität und Kaltzähigkeit, vollkommene Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion auch im SchweiDnahtbereich und eine für eine Verarbeitung ausreichende Gefügestabilität.

Tafel U Chemische Zusammensetzung der Stähle

Daher eignet sich der erfindungsgemäß zu verwendende feffitische Chrom-Molybdän-Stahl ausgezeichnet als Werkstoff für Apparate- und Anlagenbauteile) wie Pumpen und Rohrleitungen, speziell für den Schiffbau, für Wärmetauscher und für Meefwasser-Entsälzühgsäniagen, also für Teile, die Brackwasser und Meerwasser älich bei erhöhten Salzkonzentrationen, Salzsolen und Brauchwasser mit hohen Chloridgehalten bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind und in Spalten unter Ankrustungen und in sonstigen Spalten erhöhte Spaltkorrosionsbeständigkeit aufweisen müssen.

Stahl	G	Si	Mn	Gr	Mo	S	P	N	G + N
	o_/o	O/o	%	o/o	Vo	%	%	%	o/o
A	ö,öö3	<ΰ,ΰί	•cO.Oi	19,9	4,S5	0,008	<; 0,005	0,001	0,004 \
B	0,001	<0,01	0,01	23,8	3,43	0,008	< 0,005	6,001	0,002 I
C	0,002	<0,01	<0,01	28,1	2,11	0,008	< 0,005	0,001	0,003 \|-
D	0,004	<0,01	<0,01	19,6	2,00	0,006	< 0,005	0,001	0,005 I
				Hierzu 2 Blatt	Zeichnungen

Claims

ίο

15

Patentansprüche:

1, Verwendung eines ferritischen, schweißbaren, duktilen und kaltzähen Chrom-Molybdän-Stahls, bestehend aus

<0,02% Kohlenstoff

<0,02% Stickstoff

19 bis 21% Chrom

4 bis 5,5% Molybdän

0 bis 5% Nickel

0 bis 2% Kupfer

0 bis 1% Mangan

0 bis 2% Silizium

0 bis 0,5% Titan, Zirkonium, Niob/Tantai, einzeln oder zu mehreren

0 bis 0,01% Bor

Rest Eisen sowie schmelztechnische

Verunreinigungen, _0Q

als Wer'/stoff für Apparate- und Anlagenbauteile, wie PuiTipen und Rohrleitungen, die in Brack-, Brauch- und Meerwasser sowie Salzsolen mit erhöhter Chloridkonzentration derart spaltkorrolionsbeständig sein müssen, daß der Werkstoff beim Bügeltest in siedendem Meerwasser mit 2 bis 10% NaCl-Gehalt und in Spalten unter Ankrustungen im Dampfraum mindestens 2000 Stunden keinen Korrosionsangriff aufweist
2. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän- w Stähle nach Anspruch !,jedoch mit